DE112017004872T5 - Dielectric elastomeric material, and transducer, for which it is used - Google Patents

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Abstract

Ein dielektrisches Elastomermaterial enthält ein Copolymer mit einem Aufbau, wofür wenigstens eines aus einem Monomer A und einem Monomer C, das eine vernetzbare funktionelle Gruppe aufweist, und ein Monomer B, das eine polare Gruppe aufweist, statistisch oder alternierend copolymerisiert wurden. In diesem Copolymer ist die polare Gruppe in den aus dem Monomer B bestehenden Aufbaueinheiten über wenigstens drei geradkettig verbundene Atome mit der Polymerhauptkette gekoppelt. Ein Wandler (1) umfasst eine dielektrische Schicht (10) aus dem dielektrischen Polymermaterial und mehrere Elektroden (11a, 11b), die mit der dielektrischen Schicht (10) dazwischen angeordnet werden.A dielectric elastomeric material contains a copolymer having a structure for which at least one of a monomer A and a monomer C having a crosslinkable functional group and a monomer B having a polar group has been randomly or alternately copolymerized. In this copolymer, the polar group in the constituent units consisting of the monomer B is coupled to the polymer main chain via at least three straight-chain connected atoms. A transducer (1) comprises a dielectric layer (10) of the dielectric polymer material and a plurality of electrodes (11a, 11b) interposed therebetween with the dielectric layer (10).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dielektrisches Elastomermaterial, das etwa für die dielektrische Schicht eines Wandlers oder dergleichen ideal ist.The present invention relates to a dielectric elastomeric material that is ideal for, for example, the dielectric layer of a transducer or the like.

Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art

Als Wandler sind Aktuatoren, Sensoren, stromerzeugende Elemente, oder dergleichen, die eine Umwandlung zwischen mechanischer Energie und elektrischer Energie vornehmen, oder Lautsprecher, Mikrophone, oder dergleichen, die eine Umwandlung zwischen Schallenergie und elektrischer Energie vornehmen, bekannt. Um kleinformatige und leichtgewichtige Wandler mit hoher Elastizität zu bilden, sind hochmolekulare Materialien wie dielektrische Elastomere nützlich.As transducers, there are known actuators, sensors, power generating elements, or the like which make a conversion between mechanical energy and electric power, or speakers, microphones, or the like which make a conversion between sound energy and electric power. To form small-sized and lightweight transducers with high elasticity, high molecular weight materials such as dielectric elastomers are useful.

Zum Beispiel kann ein Aktuator vom elektrostriktiven Typ durch Anordnen eines Paars von Elektroden an beiden Flächen in der Dickenrichtung einer dielektrischen Schicht aus einem dielektrischen Elastomer gebildet werden. Diese Art von Aktuator treibt ein anzutreibendes Element an, indem die dielektrische Schicht durch die Größe einer zwischen den Elektroden angelegten Spannung ausgedehnt und zusammengezogen wird. Die entwickelte Kraft und das Verschiebungsausmaß des Aktuators werden durch die Größe der angelegten Spannung und die zwischen den Elektroden entstehende elektrostatische Anziehung bestimmt. Das heißt, die entwickelte Kraft und das Verschiebungsausmaß des Aktuators werden umso größer, je größer die anlegbare Spannung ist und je größer die zwischen den Elektroden entstehende elektrostatische Anziehung ist.For example, an electrostrictive type actuator may be formed by arranging a pair of electrodes on both surfaces in the thickness direction of a dielectric elastomer dielectric layer. This type of actuator drives a driven element by expanding and contracting the dielectric layer by the magnitude of a voltage applied between the electrodes. The force developed and the amount of displacement of the actuator are determined by the magnitude of the applied voltage and the electrostatic attraction between the electrodes. That is, the larger the applied voltage and the larger the electrostatic attraction generated between the electrodes, the larger the developed force and the amount of displacement of the actuator become.

Auf die gleiche Weise können ein Sensor und ein stromerzeugendes Element durch Anordnen eines Paars von Elektroden an beiden Flächen in der Dickenrichtung einer dielektrischen Schicht aus einem dielektrischen Elastomer gebildet werden. Bei dem Sensor und dem stromerzeugenden Element entsteht eine elektromotorische Kraft, indem sich die dielektrische Schicht ausdehnt und zusammenzieht. Das Ausmaß der Erzeugung der elektromotorischen Kraft steht in einem Verhältnis zu dem Verschiebungsausmaß des Abstands zwischen den Elektroden und der relativen Dielektrizitätskonstanten der dielektrischen Schicht. Das heißt, die elektromotorische Kraft wird umso größer, je größer das Verschiebungsausmaß des Abstands zwischen den Elektroden ist und je größer die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht ist.In the same way, a sensor and a current-generating element may be formed by arranging a pair of electrodes on both surfaces in the thickness direction of a dielectric elastomer dielectric layer. In the sensor and the power generating element, an electromotive force is generated by the dielectric layer expanding and contracting. The amount of electromotive force generation is in proportion to the amount of displacement of the distance between the electrodes and the relative dielectric constant of the dielectric layer. That is, the larger the amount of shift of the distance between the electrodes and the larger the relative dielectric constant of the dielectric layer, the larger the electromotive force becomes.

Beispielsweise weist Silikonkautschuk eine hervorragende dielektrische Durchschlagsbeständigkeit auf, doch ist die relative Dielektrizitätskonstante gering. Daher ist bei einer Bildung der dielektrischen Schicht aus Silikonkautschuk die elektrostatische Anziehung in Bezug auf die angelegte Spannung klein, und können die entwickelte Kraft und das Verschiebungsausmaß, die von einem Aktuator gewünscht werden, nur schwer erhalten werden. Auch bei einem Sensor und einem stromerzeugenden Element kann die gewünschte elektromotorische Kraft nur schwer erhalten werden. Im Fall von Acrylkautschuk und Nitrilkautschuk ist zwar die relative Dielektrizitätskonstante verglichen mit Silikonkautschuk hoch, doch kann sie noch nicht als ausreichend bezeichnet werden. Daher werden Versuche angestellt, um die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht durch Einbringen polarer Gruppen in ein das Basismaterial darstellendes Elastomer oder Zerstreuen von Teilchen mit einer großen relativen Dielektrizitätskonstanten in diesem zu erhöhen.For example, silicone rubber has excellent dielectric breakdown resistance, but the relative dielectric constant is low. Therefore, when the silicone rubber dielectric layer is formed, the electrostatic attraction with respect to the applied voltage is small, and the developed force and the amount of displacement desired by an actuator are hard to obtain. Even with a sensor and a power generating element, the desired electromotive force is difficult to obtain. In the case of acrylic rubber and nitrile rubber, although the relative dielectric constant is high compared with silicone rubber, it can not yet be said to be sufficient. Therefore, attempts are made to increase the relative dielectric constant of the dielectric layer by introducing polar groups into an elastomer constituting the base material or scattering particles having a large relative dielectric constant therein.

Beispielsweise ist in dem Patentliteraturbeispiel 1 ein künstlicher Muskel beschrieben, der einen elastischen Dünnfilm aus einem elektrostriktiven Polymer, wobei polare Gruppen in Seitenketten von Silikonkautschuk oder dergleichen eingebracht wurden, und elastische Elektroden enthält. In dem Patentliteraturbeispiel 2 ist ein Polymermaterial beschrieben, wobei ein Copolymer von (Meth)acrylsäureester, (Meth)acrylsäure, einer Ionenflüssigkeit, sowie Acrylnitril vernetzt wurde. In dem Patentliteraturbeispiel 3 ist ein Dielektrikum für einen hochmolekularen Aktuator aus einem Block-Copolymer (A) beschrieben, das einen Polymerblock (B1) aus Methacrylsäure und einen Polymerblock (B2) aus Acrylsäurealkylester aufweist. In Absatz [0040] des Patentliteraturbeispiels 3 ist eine Form beschrieben, bei der die Polymerblöcke (B1), (B2) mit der Absicht, die relative Dielektrizitätskonstante zu erhöhen, als Zusatzbestandteil Monomere mit polaren Gruppen enthalten. In dem Patentliteraturbeispiel 4 ist ein aus einem Elastomer, mit dem eine polare Verbindung pfropfgekoppelt ist, hergestellter dielektrischer Film beschrieben. In dem Patentliteraturbeispiel 5 ist ein aus einem Elastomer, worin Nanoteilchen mit Cyanogruppen zerstreut sind, hergestellter dielektrischer Film beschrieben.For example, in Patent Literature Example 1, there is described an artificial muscle containing an elastic thin film of an electrostrictive polymer having polar groups in side chains of silicone rubber or the like, and elastic electrodes. In Patent Literature Example 2, a polymer material is described wherein a copolymer of (meth) acrylic acid ester, (meth) acrylic acid, an ionic liquid, and acrylonitrile has been crosslinked. In Patent Literature Example 3, there is described a dielectric for a high-molecular actuator of a block copolymer (A) comprising a polymer block ( B1 ) of methacrylic acid and a polymer block ( B2 ) of alkyl acrylate. In paragraph [0040] of Patent Literature Example 3, a form is described in which the polymer blocks ( B1 ) B2 ) with the intention to increase the relative dielectric constant, containing as an additional constituent monomers with polar groups. In Patent Literature Example 4, a dielectric film made of an elastomer to which a polar compound is graft-coupled is described. In Patent Literature Example 5, a dielectric film made of an elastomer in which nanoparticles having cyano groups are dispersed is described.

Literatur der Vorläufertechnik Literature of the precursor technique

Patentliteraturpatent literature

  • Patentliteraturbeispiel 1: Patentoffenlegungsschrift 2008-199784Patent Literature Example 1: Patent Publication 2008-199784
  • Patentliteraturbeispiel 2: Patentoffenlegungsschrift 2015-67662Patent Literature Example 2: Patent Publication 2015-67662
  • Patentliteraturbeispiel 3: Internationale Veröffentlichung 2009/025187Patent Literature Example 3: International Publication 2009/025187
  • Patentliteraturbeispiel 4: Patentoffenlegungsschrift 2011-072112Patent Literature Example 4: Patent Publication No. 2011-072112
  • Patentliteraturbeispiel 5: Patentoffenlegungsschrift 2015-187931Patent Literature Example 5: Patent Publication 2015-187931

Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention

Aufgabe, die die Erfindung lösen sollTask to solve the invention

Wenn polare Gruppen in ein Elastomer eingebracht werden, wird die Polarität des Elastomers hoch und die relative Dielektrizitätskonstante groß. In diesem Fall wird die entwickelte Kraft, die bei Anlegung einer Spannung erhalten wird, gemäß der folgenden Formel (i) groß. Daher wurden die Untersuchungen bisher von dem Gesichtspunkt angestellt, auf welche Weise viele polare Gruppen eingebracht werden können, um die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht groß zu gestalten. F = ε 0 ε r × ( V/d ) 2

Figure DE112017004872T5_0001
(F: entwickelte Kraft; ε0: Dielektrizitätskonstante im Vakuum; εr: relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht; V: angelegte Spannung; d: Dicke der dielektrischen Schicht)When polar groups are incorporated into an elastomer, the polarity of the elastomer becomes high and the relative dielectric constant becomes large. In this case, the developed force obtained upon application of a voltage becomes large according to the following formula (i). Therefore, investigations have heretofore been made from the viewpoint of how many polar groups can be introduced to make the relative dielectric constant of the dielectric layer large. F = ε 0 ε r × ( V / d ) 2
Figure DE112017004872T5_0001
(F: developed force; ε 0 : dielectric constant in vacuum; ε r: relative dielectric constant of the dielectric layer; V: applied voltage; d: thickness of the dielectric layer)

Doch die Erfinder der vorliegenden Erfindung sind durch wiederholte eifrige Untersuchungen zu der Erkenntnis gelangt, dass nur durch Vermehren der Menge der polaren Gruppen in dem Elastomer lediglich der Elastizitätsmodul groß wird, aber keine ausreichende Wirkung zur Erhöhung der relativen Dielektrizitätskonstanten erhalten werden kann. Als Grund dafür wird angenommen, dass bei einer Zunahme der Menge der polaren Gruppen die polaren Gruppen untereinander oder die polaren Gruppen und die Elastomerkette interferieren und die polaren Gruppen durch die Wechselwirkung agglutinieren. Beispielsweise weist Acrylnitril eine polare Gruppe (Cyanogruppe: -CN) auf. Doch Polyacrylnitril, wofür es polymerisiert wurde, ist hart, und auch seine relative Dielektrizitätskonstante ist mit etwa 4 nicht hoch. Bei dem Polymermaterial, das in dem Patentliteraturbeispiel 2 beschrieben ist, ist Acrylnitril copolymerisiert. Es lässt sich jedoch nicht sagen, dass nur dadurch eine ausreichende Wirkung zur Erhöhung der relativen Dielektrizitätskonstanten besteht. In Absatz [0028] dieses Patentliteraturbeispiels ist beschrieben, dass das Elastizitätsmodul groß wird, wenn die enthaltene Menge an Acrylnitril 45 Masseprozent übersteigt.However, the inventors of the present invention have come to the realization by repeated eager research that only by increasing the amount of polar groups in the elastomer, only the modulus of elasticity becomes large, but sufficient effect of increasing the relative dielectric constant can not be obtained. The reason for this is considered that as the amount of the polar groups increases, the polar groups interfere with each other or the polar groups and the elastomeric chain and agglutinate the polar groups by the interaction. For example, acrylonitrile has a polar group (cyano group: -CN). But polyacrylonitrile, for which it has been polymerized, is hard, and its relative dielectric constant is not high at about 4. In the polymer material described in Patent Literature Example 2, acrylonitrile is copolymerized. However, it can not be said that only thereby does a sufficient effect of increasing the relative dielectric constant exist. In paragraph [0028] of this patent literature example, it is described that the elastic modulus becomes large when the contained amount of acrylonitrile 45 Exceeds percent by mass.

Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts dieser Umstände und hat die Aufgabe, ein weiches dielektrisches Elastomermaterial mit einer großen relativen Dielektrizitätskonstanten bereitzustellen. Außerdem soll sie einen weichen Wandler, wofür dieses dielektrische Elastomermaterial verwendet wird, bereitstellen.The present invention has been made in view of these circumstances and has an object to provide a soft dielectric elastomer material having a large relative dielectric constant. It is also intended to provide a soft transducer for which this dielectric elastomeric material is used.

Mittel zur Lösung der AufgabeMeans of solving the task

(1) Das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein Copolymer mit einem Aufbau, wofür wenigstens eines aus einem Monomer A und einem Monomer C, das eine vernetzbare funktionelle Gruppe aufweist, und ein Monomer B, das eine polare Gruppe aufweist, statistisch oder alternierend copolymerisiert wurden, enthält, wobei in dem Copolymer die polare Gruppe in den aus dem Monomer B bestehenden Aufbaueinheiten über wenigstens drei geradkettig verbundene Atome mit der Polymerhauptkette gekoppelt ist.(1) The dielectric elastomeric material of the present invention is characterized by being a copolymer having a constitution of which at least one of a monomer A and a monomer C having a crosslinkable functional group and a monomer B having a polar group , randomly or alternately copolymerized, wherein in the copolymer the polar group in the constituent units consisting of the monomer B is coupled to the polymer main chain via at least three straight-chain connected atoms.

Das Copolymer, das das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung bildet, enthält Aufbaueinheiten aus dem Monomer B, das eine polare Gruppe enthält. Die polare Gruppe ist eine funktionelle Gruppe mit hoher Polarität. In den Aufbaueinheiten aus dem Monomer B ist die polare Gruppe über wenigstens drei geradkettig verbundene Atome mit der Polymerhauptkette gekoppelt. Mit anderen Worten sind zwischen den polaren Gruppen und der Polymerhauptkette wenigstens drei geradlinig verbundene Atome vorhanden. Durch das Entfernen der polaren Gruppen und der Polymerhauptkette voneinander interferieren die polaren Gruppen kaum mit der Polymerhauptkette und wird die Bewegung der polaren Gruppen durch die Polymerkette kaum eingeschränkt. Dadurch werden die polaren Gruppen leicht beweglich und kann die Weichheit des Copolymers, und folglich des dielektrischen Elastomermaterials, erhöht werden. Da außerdem die Besonderheit der polaren Gruppen, dass die Polarität hoch ist, in vollem Umfang hervorgebracht wird, kann die relative Dielektrizitätskonstante des Copolymers, und daher des dielektrischen Elastomermaterials, erhöht werden.The copolymer constituting the dielectric elastomeric material of the present invention contains constituent units of the monomer B containing a polar group. The polar group is a functional group with high polarity. In the constituent units of the monomer B, the polar group is coupled to the polymer main chain via at least three straight-chain connected atoms. In other words, there are at least three straight-chain atoms between the polar groups and the main polymer chain. By removing the polar groups and the polymer backbone from each other, the polar groups hardly interfere with the main polymer chain and scarcely restrict the movement of the polar groups through the polymer chain. This makes the polar groups easily mobile and can increase the softness of the copolymer, and hence of the dielectric elastomeric material. In addition, since the peculiarity of the polar groups that the polarity is high is brought about in full, the relative dielectric constant of the copolymer, and hence the dielectric elastomeric material, can be increased.

Das Copolymer, das das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung bildet, weist den Aufbau eines statistischen Copolymers oder eines alternierenden Copolymers auf Basis wenigstens eines aus dem Monomer A und dem Monomer C, und des Monomers B auf. Die Aufbaueinheiten des Copolymers sind ein Beliebiges aus A-B, B-C und A-B-C (für die Anordnungsreihenfolge der sich wiederholenden Einheiten bestehen keine Beschränkungen). Da die einzelnen Aufbaueinheiten zufällig oder abwechselnd gekoppelt sind, folgen Aufbaueinheiten aus dem Monomer B, das die polare Gruppe aufweist, verglichen mit dem Aufbau eines BlockCopolymers kaum aufeinander. Das heißt, es kommt kaum dazu, dass Aufbaueinheiten aus dem Monomer B mit der polaren Gruppe einander benachbart sind. Dadurch wird eine Interferenz der polaren Gruppen untereinander unterdrückt und werden die polaren Gruppen leicht beweglich. Folglich kann die Weichheit des Copolymers, und folglich des dielektrischen Elastomermaterials, erhöht werden. Da außerdem die Besonderheit der polaren Gruppen, dass die Polarität hoch ist, in vollem Umfang hervorgebracht wird, kann die relative Dielektrizitätskonstante des Copolymers, und daher des dielektrischen Elastomermaterials, erhöht werden.The copolymer constituting the dielectric elastomeric material of the present invention has the constitution of a random copolymer or an alternating copolymer based on at least one of the monomer A and the monomer C, and the monomer B. The constituent units of the copolymer are any of A-B, B-C and A-B-C (the arrangement order of the repeating units is not limited). Since the constituent constituent units are randomly or alternately coupled, constituent units of the monomer B having the polar group hardly follow each other as compared with the structure of a block copolymer. That is to say, constituent units of the monomer B having the polar group are scarcely adjacent to each other. This suppresses interference between the polar groups and makes the polar groups easily mobile. Consequently, the softness of the copolymer, and hence the dielectric elastomeric material, can be increased. In addition, since the peculiarity of the polar groups that the polarity is high is brought about in full, the relative dielectric constant of the copolymer, and hence the dielectric elastomeric material, can be increased.

In dem Patentliteraturbeispiel 3 ist ein Block-Copolymer beschrieben. Wie in den Absätzen [0056] bis [0060] dieses Literaturbeispiels beschrieben, wird das Block-Copolymer (A) hergestellt, indem nach der Herstellung des ersten Polymerblocks (B1) der zweite Polymerblock (B2) hergestellt und mit dem ersten Polymerblock (B1) gekoppelt wird. In den hergestellten Polymerblöcken (B1), (B2) folgen gleiche Monomere aufeinander. Wenn die Polymerblöcke unter Hinzufügung von Monomeren mit polaren Gruppen hergestellt werden, interferieren die polaren Gruppen daher untereinander und ist die Wirkung zur Erhöhung der relativen Dielektrizitätskonstanten gering.In the patent literature example 3 is a block copolymer described. As described in paragraphs [0056] to [0060] of this literature example, the block copolymer (A) is prepared by following the preparation of the first polymer block ( B1 ) the second polymer block ( B2 ) and with the first polymer block ( B1 ) is coupled. In the polymer blocks produced ( B1 ) B2 ) same monomers follow each other. Therefore, when the polymer blocks are prepared by adding monomers having polar groups, the polar groups interfere with each other and the effect of increasing the relative dielectric constant is small.

(2) Der Wandler der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine dielektrische Schicht aus dem oben beschriebenen dielektrischen Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung, und mehrere Elektroden, die mit der dielektrischen Schicht dazwischen angeordnet werden, umfasst.(2) The converter of the present invention is characterized by comprising a dielectric layer of the above-described dielectric elastomer material of the present invention, and a plurality of electrodes interposed therebetween with the dielectric layer.

Wie oben beschrieben, ist die relative Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Elastomermaterials der vorliegenden Erfindung hoch. Daher ist bei der dielektrischen Schicht des Wandlers der vorliegenden Erfindung die statische Anziehung in Bezug auf die angelegte Spannung groß. Zudem ist das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung weich. Daher können bei dem Wandler der vorliegenden Erfindung auch im Fall einer verhältnismäßig kleinen angelegten Spannung eine große Kraft und ein großes Verschiebungsausmaß erhalten werden.As described above, the relative dielectric constant of the dielectric elastomer material of the present invention is high. Therefore, in the dielectric layer of the transducer of the present invention, the static attraction with respect to the applied voltage is large. In addition, the dielectric elastomer material of the present invention is soft. Therefore, in the converter of the present invention, even in the case of a relatively small applied voltage, a large force and a large amount of displacement can be obtained.

Figurenlistelist of figures

  • 1 ist eine geschnittene schematische Ansicht eines Aktuators, der eine Ausführungsform des Wandlers der vorliegenden Erfindung darstellt. 1 Fig. 12 is a sectional schematic view of an actuator which is an embodiment of the transducer of the present invention.
  • 2 ist eine vorderseitige Frontansicht eines an einer Messvorrichtung angebrachten Aktuators. 2 Fig. 10 is a front front view of an actuator attached to a measuring device.
  • 3 ist eine Schnittansicht entlang von III-III in 2. 3 is a sectional view taken along III-III in FIG 2 ,
  • 4 ist eine Draufsicht auf einen Aktuator zur Messung des Verschiebungsausmaßes. 4 Figure 11 is a plan view of an actuator for measuring the amount of displacement.
  • 5 ist eine Schnittansicht entlang von V-V in 4. 5 is a sectional view taken along VV in FIG 4 ,

Erklärung der BezugszeichenExplanation of the reference numbers

  • 1: Aktuator (Wandler); 10: dielektrische Schicht; 11a, 11b: Elektrode; 12a, 12b: Verdrahtung1: actuator (transducer); 10: dielectric layer; 11a, 11b: electrode; 12a, 12b: Wiring
  • 5: Aktuator; 50: dielektrische Schicht; 51a, 51b: Elektrode; 52: obere Einspanneinrichtung; 53: untere Einspanneinrichtung5: actuator; 50: dielectric layer; 51a, 51b: electrode; 52: upper chuck; 53: lower clamping device
  • 6: Aktuator; 60: dielektrische Schicht; 61a, 61b: Elektrode; 62: Stromquelle; 63: Verschiebungsmesser; 610a, 610b: Klemmenabschnitt; 630: Markierung6: actuator; 60: dielectric layer; 61a, 61b: electrode; 62: power source; 63: displacement meter; 610a, 610b: terminal portion; 630: marking

Ausführungsweisen der Erfindung Embodiments of the invention

Nachstehend werden Ausführungsweisen für das dielektrische Elastomermaterial und den Wandler der vorliegenden Erfindung erklärt. Das dielektrische Elastomermaterial und der Wandler der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf die nachstehenden Formen beschränkt; innerhalb eines Umfangs, der nicht von dem Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung abweicht, können verschiedene Formen, an denen für einen Fachmann machbare Änderungen, Verbesserungen usw. vorgenommen wurden, ausgeführt werden.Embodiments for the dielectric elastomeric material and the transducer of the present invention will be explained below. However, the dielectric elastomeric material and the transducer of the present invention are not limited to the following forms; Within a scope that does not depart from the gist of the present invention, various forms may be made to which any person skilled in the art can make changes, improvements, etc.

Das dielektrische ElastomermaterialThe dielectric elastomeric material

Das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung enthält ein Copolymer mit einem Aufbau, wofür wenigstens eines aus einem Monomer A und einem Monomer C, das eine vernetzbare funktionelle Gruppe aufweist, und ein Monomer B, das eine polare Gruppe aufweist, statistisch oder alternierend copolymerisiert wurden.The dielectric elastomeric material of the present invention contains a copolymer having a structure for which at least one of a monomer A and a monomer C having a crosslinkable functional group and a monomer B having a polar group has been randomly or alternately copolymerized.

Das Monomer AThe monomer A

Für das Monomer A bestehen keine wesentlichen Beschränkungen. Wenn das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung als dielektrische Schicht eines Wandlers verwendet wird, ist die Wahl eines Monomers mit einer vergleichsweise großen relativen Dielektrizitätskonstanten, das Weichheit hervorbringen kann, ratsam. Außerdem ist die Wahl eines Monomers, das mit dem Monomer B copolymerisierbar ist, und dessen Glasübergangspunkt (Tg) als Copolymer höchstens die Normaltemperatur (20 °C) erreicht, ratsam. Beispielsweise können Monomere, die für Isoprenkautschuk, Butadienkautschuk, Ethylenpropylenkautschuk, Nitrilkautschuk, Chloroprenkautschuk, Butylkautschuk, chlorsulfonierten Polyethylenkautschuk, Fluorkautschuk, thermoplastische Elastomere, Acrylkautschuk, Silikonkautschuk und Urethankautschuk verwendet werden, angeführt werden. Unter den genannten sind von dem Gesichtspunkt der leichten Copolymerisierbarkeit mit dem Monomer B für Acrylkautschuk, Silikonkautschuk und Urethankautschuk verwendete Monomere, das heißt, (Meth)acrylatmonomere, Silikonmonomere und Urethanmonomere ideal. Bei dem Monomer A kann es sich um eine Art, aber auch um zwei oder mehr Arten handeln.For the monomer A, there are no significant restrictions. When the dielectric elastomeric material of the present invention is used as a dielectric layer of a transducer, it is advisable to choose a monomer having a comparatively large relative dielectric constant which can provide softness. In addition, the choice of a monomer which is copolymerizable with the monomer B and whose glass transition point (Tg) as a copolymer reaches at most the normal temperature (20 ° C) is advisable. For example, monomers used for isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, butyl rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, fluororubber, thermoplastic elastomers, acrylic rubber, silicone rubber and urethane rubber can be given. Among the above, monomers used from the viewpoint of easy copolymerizability with the monomer B for acrylic rubber, silicone rubber and urethane rubber, that is, (meth) acrylate monomers, silicone monomers and urethane monomers are ideal. The monomer A may be one kind but may also be two or more species.

Der Ausdruck „(Meth)acrylmonomere“ bedeutet, dass er sowohl Acrylate als auch Methacrylate umfasst. „(Meth)acrylatmonomere“ bedeuten Monomere, die (Meth)acryloylgruppen enthalten. Der Ausdruck „(Meth)acryloylgruppen“ bedeutet, dass er sowohl Acryloylgruppen als auch Methacryloylgruppen umfasst. Als (Meth)acrylatmonomere sind Alkyl(meth)acrylate wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Isobutyl(meth)acrylat, t-Butyl(meth)acrylat; Hexyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, Octyl(meth)acrylat, Isooctyl(meth)acrylat, Dodecyl(meth)acrylat, Tetradecyl(meth)acrylat, Hexadecyl(meth)acrylat, Octadecyl(meth)acrylat, oder dergleichen ideal.The term "(meth) acrylic monomers" means that it includes both acrylates and methacrylates. "(Meth) acrylate monomers" means monomers containing (meth) acryloyl groups. The term "(meth) acryloyl groups" means that it includes both acryloyl groups and methacryloyl groups. As (meth) acrylate monomers are alkyl (meth) acrylates such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate; Hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, tetradecyl (meth) acrylate, hexadecyl (meth) acrylate, Octadecyl (meth) acrylate, or the like.

Wenn ein Alkyl(meth)acrylat verwendet wird, ist erwünscht, dass die Kohlenstoffzahl der Alkylgruppe wenigstens 1 und höchstens 12 beträgt. Noch idealer beträgt sie höchstens 8. Mit der Zunahme der Kohlenstoffzahl wird die Alkylgruppe länger und größer. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass es leicht zu einer Interferenz der polaren Gruppe des Monomers B mit der Alkylgruppe des Monomers A kommt und die Wirkung zur Erhöhung der relativen Dielektrizitätskonstanten gering wird. Wenn die Alkylgruppe länger wird, nimmt außerdem die Kristallinität zu und nimmt die Weichheit ab.When an alkyl (meth) acrylate is used, it is desirable that the carbon number of the alkyl group is at least 1 and at most 12. Even more ideally, it is at most 8. As the carbon number increases, the alkyl group becomes longer and larger. In this case, there is a fear that interference of the polar group of the monomer B with the alkyl group of the monomer A is likely to occur and the effect of increasing the relative dielectric constant becomes small. In addition, as the alkyl group becomes longer, crystallinity increases and softness decreases.

Silikonmonomere bedeuten Monomere, bei denen eine Siloxanbindung möglich ist. Als Silikonmonomere sind Diethoxydimethylsilan, das eine bifunktionelle Alkoxygruppe aufweist, Diethoxymethylsilan, Diethoxymethylvinylsilan, Dimethoxydimethylsilan, Dimethoxy(methyl)silan, Dimethoxymethylvinylsilan, oder dergleichen ideal. Urethanmonomere bedeuten Monomere, bei denen eine Urethanbindung möglich ist.Silicone monomers mean monomers for which siloxane bonding is possible. As silicone monomers, diethoxydimethylsilane having a bifunctional alkoxy group, diethoxymethylsilane, diethoxymethylvinylsilane, dimethoxydimethylsilane, dimethoxy (methyl) silane, dimethoxymethylvinylsilane, or the like are ideal. Urethane monomers are monomers where urethane bonding is possible.

Das Monomer BThe monomer B

Das Monomer B weist eine polare Gruppe auf. Es ist es ratsam, dass die polare Gruppe eine funktionelle Gruppe aus Bindungen ist, die ein hohes Dipolmoment, das mit der relativen Dielektrizitätskonstanten wechselwirkt, aufweisen. Konkret können etwa eine Cyanogruppe, eine Ethergruppe, eine Estergruppe, eine Fluorgruppe, eine Trifluormethylgruppe, eine Carbonatgruppe, oder dergleichen, bei denen es sich um bereits bekannte hochpolare Gruppen handelt, angeführt werden.The monomer B has a polar group. It is advisable that the polar group is a functional group of bonds that has a high dipole moment that interacts with the relative dielectric constant. Concretely, there may be mentioned, for example, a cyano group, an ether group, an ester group, a fluoro group, a trifluoromethyl group, a carbonate group, or the like, which are already known high-polar groups.

In dem Copolymer sind die polaren Gruppen in den Aufbaueinheiten aus dem Monomer B über wenigstens drei geradlinig verbundene Atome mit der Polymerhauptkette gekoppelt. Von den Gesichtspunkten der Weichheit und der Steuerung der Polymerisation her beträgt die Anzahl der Atome, die in einer Reihe zwischen der polaren Gruppe und der Polymerhauptkette vorhanden sind, noch besser wenigstens vier. Wenn die Anzahl der polaren Gruppen eine Mehrzahl ist, wird die Anzahl der Atome zwischen der polaren Gruppe, die der Polymerhauptkette am nächsten liegt, und der Polymerhauptkette gezählt. Es ist günstig, wenn es sich bei den Atomen, die in einer Reihe zwischen der polaren Gruppe und der Polymerhauptkette vorhanden sind, um wenigstens eine Art aus Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Stickstoff (N) und Schwefel (S) handelt. Beispielsweise kann für das Gerüst des Monomers B mit Ausnahme der polaren Gruppe Acryl(meth)acrylat mit einer Kohlenstoffzahl der Alkylgruppe von wenigstens 2, Silan, das eine bifunktionelle Alkoxygruppe und eine Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffzahl von wenigstens 2 aufweist, oder dergleichen angeführt werden.In the copolymer, the polar groups in the constituent units of the monomer B are coupled to the polymer main chain via at least three rectilinear connected atoms. From the point of view In terms of softness and polymerization control, the number of atoms present in a line between the polar group and the polymer backbone is more preferably at least four. When the number of polar groups is a plural number, the number of atoms between the polar group closest to the polymer main chain and the main polymer chain is counted. It is preferable that the atoms existing in a row between the polar group and the polymer main chain are at least one kind of carbon (C), oxygen (O), nitrogen (N) and sulfur (S) , For example, for the skeleton of the monomer B other than the polar group, acrylic (meth) acrylate having a carbon number of the alkyl group of at least 2, silane having a bifunctional alkoxy group and an alkyl group having a carbon number of at least 2, or the like can be given.

Um das Obige zusammenzufassen, sind für das Monomer B Cyanomethyl(meth)acrylat (Anzahl der Atome zwischen der Polymerhauptkette und der Cyanogruppe: 3), Cyanoethyl(meth)acrylat (Anzahl der Atome zwischen der Polymerhauptkette und der Cyanogruppe: 4), Cyanopropyl(meth)acrylat (Anzahl der Atome zwischen der Polymerhauptkette und der Cyanogruppe: 5), Cyanobutyl(meth)acrylat (Anzahl der Atome zwischen der Polymerhauptkette und der Cyanogruppe: 6), oder dergleichen ideal. Außerdem sind cyanogruppenmodifiziertes Silan, wofür Dimethoxy-3-Mercaptopropylmethylsilan mit Acrylnitril reagiert wurde (Anzahl der Atome zwischen der Polymerhauptkette und der Cyanogruppe: 6), cyanogruppenmodifiziertes Silan, wofür Dimethoxy-3-Mercaptopropylmethylsilan mit 2-Methylenglutarnitril reagiert wurde (Anzahl der Atome zwischen der Polymerhauptkette und der Cyanogruppe: 6), und dergleichen ideal. Von den Genannten kann eine Art allein verwendet werden, doch können auch zwei oder mehr Arten gemeinsam verwendet werden.To summarize the above, for the monomer B, cyanomethyl (meth) acrylate (number of atoms between the polymer main chain and the cyano group: 3), cyanoethyl (meth) acrylate (number of atoms between the polymer main chain and the cyano group: 4), cyanopropyl ( meth) acrylate (number of atoms between the polymer main chain and the cyano group: 5), cyanobutyl (meth) acrylate (number of atoms between the polymer main chain and the cyano group: 6), or the like. In addition, cyano group-modified silane for which dimethoxy-3-mercaptopropylmethylsilane was reacted with acrylonitrile (number of atoms between the polymer main chain and the cyano group: 6), cyano group-modified silane, for which dimethoxy-3-mercaptopropylmethylsilane was reacted with 2-methyleneglutaronitrile (number of atoms between the Polymer backbone and cyano group: 6), and the like are ideal. Of those named, one species may be used alone, but two or more species may be shared.

Wenn die enthaltene Menge an polaren Gruppen hoch wird, nimmt die Weichheit des Copolymers ab. Doch wenn zu wenig polare Gruppen vorhanden sind, wird keine Wirkung zur Erhöhung der relativen Dielektrizitätskonstanten erhalten. Aus diesem Grund ist es ratsam, dass die enthaltene Menge an polaren Gruppen bei Ansetzen des gesamten Copolymers als 100 Masse-% wenigstens 10 Masse-% und ideal wenigstens 12 Masse-% beträgt. Außerdem ist es ratsam, dass die enthaltene Menge an polaren Gruppen bei Ansetzen des gesamten Copolymers als 100 Masse-% höchstens 25 Masse-% und ideal höchstens 22 Masse-% beträgt. Aus dem gleichen Grund ist es ratsam, dass die enthaltene Menge des Monomers B bei Ansetzen des gesamten Copolymers als 100 Mol-% wenigstens 50 Mol-% und ideal wenigstens 60 Mol-% beträgt. Außerdem ist es ratsam, dass die enthaltene Menge des Monomers B bei Ansetzen des gesamten Copolymers als 100 Mol-% höchstens 98 Mol-% und ideal höchstens 90 Mol-% beträgt.As the amount of polar groups contained becomes high, the softness of the copolymer decreases. However, if there are too few polar groups, no effect for increasing the relative dielectric constant is obtained. For this reason, it is advisable that the amount of polar group contained when the total copolymer is used as 100% by mass is at least 10% by mass, and ideally at least 12% by mass. In addition, it is advisable that the amount of polar group contained when the total copolymer is used as 100% by mass is at most 25% by mass, and ideally at most 22% by mass. For the same reason, it is advisable that the amount of the monomer B contained when the total copolymer is used as 100 mol% is at least 50 mol%, and ideally at least 60 mol%. In addition, it is advisable that the amount of the monomer B contained when the total copolymer is used as 100 mol% is at most 98 mol%, and ideally at most 90 mol%.

Das Monomer CThe monomer C

Das Monomer C weist eine vernetzbare funktionelle Gruppe (Vernetzungsgruppe auf) und erfüllt die Rolle des Vernetzens des Copolymers. Als vernetzbare funktionelle Gruppe kann eine Hydroxygruppe, eine Aminogruppe, eine Thiolgruppe, eine Carboxylgruppe, eine Silanolgruppe, eine Epoxidgruppe, eine Vinylgruppe, oder dergleichen angeführt werden. Wenn das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung als dielektrische Schicht eines Wandlers verwendet wird, ist es ratsam, als Monomer C ein Monomer mit einer verhältnismäßig großen relativen Dielektrizitätskonstanten zu wählen. Beispielsweise können (Meth)acrylsäure, (Meth)acrylsäurehydroxyethyl, (Meth)acrylamid, (Meth)acrylsäureglycidyl, 3-Aminopropyldimethoxymethylsilan, Dimethoxymethylvinylsilan, 3-Glycidyloxipropyl(dimethoxy)methylsilan, 3-Mercaptopropyl(dimethoxy)methylsilan, 3-Aminopropyldiethoxymethylsilan, Diethoxy(3-glycidyloxypropyl)methylsilan, Diethoxymethylvinylsilan, oder dergleichen angeführt werden.The monomer C has a crosslinkable functional group (crosslinking group) and serves the role of crosslinking the copolymer. As the crosslinkable functional group, a hydroxy group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, a silanol group, an epoxy group, a vinyl group, or the like can be given. When the dielectric elastomer material of the present invention is used as a dielectric layer of a transducer, it is advisable to choose as monomer C a monomer having a relatively large relative dielectric constant. For example, (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid hydroxyethyl, (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid glycidyl, 3-aminopropyldimethoxymethylsilane, dimethoxymethylvinylsilane, 3-glycidyloxipropyl (dimethoxy) methylsilane, 3-mercaptopropyl (dimethoxy) methylsilane, 3-aminopropyldiethoxymethylsilane, diethoxy ( 3-glycidyloxypropyl) methylsilane, diethoxymethylvinylsilane, or the like.

Das CopolymerThe copolymer

Das Copolymer, das das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung bildet, weist den Aufbau eines statistischen Copolymers oder eines alternierenden Copolymers aus wenigstens einem aus dem Monomer A und dem Monomer C, und dem Monomer B auf. Für das Verfahren zur Herstellung des Copolymers bestehen keine wesentlichen Beschränkungen. Beispielsweise kann ein beliebiges aus einem statistischen Copolymer oder einem alternierenden Copolymer des Monomers A und des Monomers B, einem statistischen Copolymer oder einem alternierenden Copolymer des Monomers B und des Monomers C, und einem statistischen Copolymer oder einem alternierenden Copolymer des Monomers A, des Monomers B und des Monomers C angeführt werden. Außerdem ist es möglich, nach einer statistischen oder alternierenden Copolymerisation wenigstens eines aus dem Monomer A und dem Monomer C, und eines Vorläufers des Monomers B (eines Monomers B', das keine polare Gruppe aufweist) ein Monomer mit einer polaren Gruppe mit den Aufbaueinheiten des Monomers B' zu reagieren und Aufbaueinheiten des Monomers B, das eine polare Gruppe aufweist, zu synthetisieren. Das heißt, es ist möglich, nach der Herstellung eines Copolymers aus wenigstens einem aus dem Monomer A und dem Monomer C, und dem Monomer B' eine Modifikationsbehandlung vorzunehmen, um dem Monomer B' eine polare Gruppe zu verleihen. Beispielsweise kann im Fall der Verleihung einer Cyanogruppe ein cyanogruppenhaltiges Monomer wie Acrylnitril, 2-Methylenglutarnitril, Tetracyanoethylen, oder dergleichen verwendet werden.The copolymer constituting the dielectric elastomeric material of the present invention has the constitution of a random copolymer or an alternating copolymer of at least one of the monomer A and the monomer C, and the monomer B. There are no significant limitations to the process for making the copolymer. For example, any one of a random copolymer or an alternating copolymer of the monomer A and the monomer B, a random copolymer or an alternating copolymer of the monomer B and the monomer C, and a random copolymer or an alternating copolymer of the monomer A, the monomer B and the monomer C. Moreover, after random or alternating copolymerization, at least one of the monomer A and the monomer C, and a precursor of the monomer B (a monomer B 'having no polar group), it is possible to form a monomer having a polar group with the constituent units of the group Monomers B 'to react and synthesis units of the monomer B, which has a polar group to synthesize. That is, it is possible to prepare a copolymer of at least one of the monomer A and the monomer C, and the monomer B 'by a modification treatment to give the monomer B 'a polar group. For example, in the case of imparting a cyano group, a cyano group-containing monomer such as acrylonitrile, 2-methyleneglutaronitrile, tetracyanoethylene, or the like can be used.

Von dem Gesichtspunkt der Sicherstellung der Weichheit her ist es günstig, wenn das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht des Copolymers wenigstens 10.000 beträgt. Noch idealer beträgt es wenigstens 50.000 und insbesondere wenigstens 80.000. Andererseits ist es von dem Gesichtspunkt der gleichmäßigen Löslichkeit in Bezug auf das erforderliche Lösemittel, das bei der Filmherstellung erforderlich ist, günstig, wenn es höchstens 5.000.000 beträgt, wobei höchstens 2.000.000 noch idealer ist. Das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht kann unter Verwendung einer Gelpermeationschromatographie(GPC)-Vorrichtung gemessen werden.From the viewpoint of ensuring softness, it is favorable that the weight-average molecular weight of the copolymer is at least 10,000. Even more ideally, it is at least 50,000 and especially at least 80,000. On the other hand, from the viewpoint of uniform solubility with respect to the required solvent required in the film production, it is favorable if it is at most 5,000,000, with at most 2,000,000 being even more ideal. The weight-average molecular weight can be measured by using a gel permeation chromatography (GPC) apparatus.

Der Glasübergangspunkt (Tg) des Copolymers beträgt höchstens die Normaltemperatur (20 °C), und von dem Gesichtspunkt der Sicherstellung der Weichheit her sind höchstens 5 °C günstig. Noch idealer beträgt er höchstens 0 °C. Der Glasübergangspunkt kann unter Verwendung eines Differentialscanningkalorimeters (DSK) gemessen werden.The glass transition point (Tg) of the copolymer is at most the normal temperature (20 ° C), and from the viewpoint of ensuring softness, at most 5 ° C are favorable. Even better, it is at most 0 ° C. The glass transition point can be measured using a differential scanning calorimeter (DSC).

Es ist günstig, wenn die relative Dielektrizitätskonstante des Copolymers wenigstens 10 beträgt. In der vorliegenden Beschreibung wird die relative Dielektrizitätskonstante durch Anordnen einer Probe des Copolymers an einem Probenhalter (Modell 12962A von Solartron) und gleichzeitige Verwendung eines dielektrischen Interface (Modell 1296 der gleichen Firma) und eines Frequenzganganalysators (Modell 1255B der gleichen Firma) gemessen (Messfrequenz 100 Hz) .It is favorable if the relative dielectric constant of the copolymer is at least 10. In the present specification, the relative dielectric constant is measured by placing a sample of the copolymer on a sample holder (Model 12962A from Solartron) and simultaneously using a dielectric interface (model 1296 of the same company) and a frequency response analyzer (model 1255B of the same company) (measurement frequency 100) Hz).

Es ist es ratsam, dass das Copolymer einen vernetzten Aufbau aufweist, das heißt, ein vernetzter Körper ist. Wenn es einen vernetzten Aufbau aufweist, wird der Elastizitätsmodul groß und die mechanische Stärke groß. Außerdem wird auch die dielektrische Durchschlagfestigkeit groß. Um das Copolymer zu vernetzen, kann ein der Vernetzungsgruppe des Monomers C entsprechendes allgemein bekanntes Vernetzungsmittel, Vernetzungsbeschleunigungsmittel, Vernetzungshilfsmittel, oder dergleichen verwendet werden. Wenn zum Beispiel Schwefel verwendet wird, kommt es häufig dazu, dass in dem Copolymer nach der Vernetzung ein Reaktionsrückstand aus nicht reagiertem Schwefel, einem Vulkanisationsbeschleuniger, Zerfallsprodukten davon, oder dergleichen zurückbleibt. Der Reaktionsrückstand ionisiert und wird zur Ursache für eine Abnahme der dielektrischen Durchschlagfestigkeit des Copolymers, und folglich des dielektrischen Elastomermaterials. Folglich ist es aus dem Grund, die Ionenkomponente in dem Copolymer zu verringern, ratsam, als Vernetzungsmittel eine metallorganische Verbindung oder eine Isocyanatverbindung zu verwenden. Wenn eine metallorganische Verbindung verwendet wird, werden die aus der metallorganischen Verbindung gebildeten Metalloxidteilchen in dem Copolymer zerstreut. Daher kann die dielektrische Durchschlagfestigkeit des Copolymers noch weiter vergrößert werden. Für die metallorganische Verbindung können MetallAlkoxydverbindungen, Metallacylatverbindungen und Metallchelatverbindungen angeführt werden. Es kann eine einzelne daraus gewählte Art verwendet werden, doch können auch zwei oder mehr Arten gemeinsam verwendet werden. Es ist erwünscht, dass die metallorganische Verbindung wenigstens eine aus Titan, Zirconium, Aluminium, Silizium, Bor, Hafnium, Mangan, Eisen, Kobalt, Germanium, Yttrium, Niob, Lanthan, Cerium, Tantal, Wolfram und Magnesium gewählte Elementart enthält.It is advisable that the copolymer has a crosslinked structure, that is, a crosslinked body. If it has a crosslinked structure, the elastic modulus becomes large and the mechanical strength becomes large. In addition, the dielectric breakdown strength also becomes large. In order to crosslink the copolymer, a well-known crosslinking agent, crosslinking accelerator, crosslinking assistant or the like corresponding to the crosslinking group of the monomer C may be used. For example, when sulfur is used, a reaction residue of unreacted sulfur, a vulcanization accelerator, decomposition products thereof, or the like often occurs in the copolymer after crosslinking. The reaction residue ionizes and becomes the cause of a decrease in the dielectric breakdown strength of the copolymer, and hence the dielectric elastomeric material. Consequently, for the reason of reducing the ion component in the copolymer, it is advisable to use as the crosslinking agent an organometallic compound or an isocyanate compound. When an organometallic compound is used, the metal oxide particles formed from the organometallic compound are scattered in the copolymer. Therefore, the dielectric strength of the copolymer can be further increased. For the organometallic compound, metal alkoxide compounds, metal acylate compounds and metal chelate compounds can be cited. There may be used a single kind selected thereof, but two or more kinds may be shared. It is desirable that the organometallic compound contain at least one element selected from titanium, zirconium, aluminum, silicon, boron, hafnium, manganese, iron, cobalt, germanium, yttrium, niobium, lanthanum, cerium, tantalum, tungsten and magnesium.

Das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu dem Copolymer andere Bestandteile enthalten. Wenn zum Beispiel ein isolierendes Füllmaterial, das über elektrische Isolierfähigkeit verfügt, aufgenommen wird, wird die dielektrische Durchschlagfestigkeit des dielektrischen Elastomermaterials groß. Für das isolierende Füllmaterial sind anorganische Teilchen mit einem Volumenwiderstand von wenigstens 108 Ω·cm ideal. Beispielsweise können Teilchen von Titanoxid, Siliziumoxid, Zirconiumoxid, Bariumtitanat, Calciumcarbonat, Ton, kalziniertem Ton, Talk, oder dergleichen angeführt werden. Für das isolierende Füllmaterial kann eine Art allein verwendet werden, doch können auch zwei oder mehr Arten gemeinsam verwendet werden.The dielectric elastomeric material of the present invention may contain other ingredients in addition to the copolymer. For example, when an insulating filler having electrical insulating ability is picked up, the dielectric strength of the dielectric elastomeric material becomes large. For the insulating filler, inorganic particles having a volume resistivity of at least 10 8 Ω · cm are ideal. For example, particles of titania, silica, zirconia, barium titanate, calcium carbonate, clay, calcined clay, talc, or the like. For the insulating filler, one kind may be used alone, but two or more kinds may be used together.

Wenn ein piezoelektrisches Füllmaterial aufgenommen wird, kann das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung als piezoelektrische Schicht eines Wandlerelements, das über eine piezoelektrische Funktion verfügt, verwendet werden. Als piezoelektrisches Füllmaterial kann eine Verbindung, die piezoelektrische Eigenschaften aufweist, verwendet werden. Für die Verbindung, die piezoelektrische Eigenschaften aufweist, besteht keine Beschränkung auf organische Substanzen oder anorganische Substanzen, und zum Beispiel ist ein starkes Dielektrikum mit einem Kristallaufbau vom Perovskittyp ratsam. Beispielsweise können Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Kaliumniobat, Natriumniobat, Lithiumniobat, Kaliumnatriumniobat, Bleizirkonattitanat (PZT), Bariumstrontiumtitanat (BST), Bismutlanthantitanat (BLT), Strontiumbismuttantalat (SBT), oder dergleichen angeführt werden. Für das piezoelektrische Füllmaterial kann eine Art allein verwendet werden, doch können auch zwei oder mehr Arten gemeinsam verwendet werden.When a piezoelectric filler is picked up, the dielectric elastomeric material of the present invention can be used as a piezoelectric layer of a transducer element having a piezoelectric function. As the piezoelectric filler, a compound having piezoelectric properties can be used. For the compound having piezoelectric properties, there is no limitation to organic substances or inorganic substances, and for example, a strong dielectric having a perovskite-type crystal structure is advisable. For example, barium titanate, strontium titanate, potassium niobate, sodium niobate, lithium niobate, potassium sodium niobate, lead zirconate titanate (PZT), barium strontium titanate (BST), bismuth lanthanum titanate (BLT), strontium bismuth tantalate (SBT), or the like may be cited. For the piezoelectric filler, one kind may be used alone, but two or more kinds may be used together.

Das Verfahren zur Herstellung des dielektrischen ElastomermaterialsThe method of making the dielectric elastomeric material

Das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung kann durch statistisches oder alternierendes Copolymerisieren wenigstens eines aus dem Monomer A und dem Monomer C, und des Monomers B hergestellt werden. Oder es kann hergestellt werden, indem nach einer statistischen oder alternierenden Copolymerisation wenigstens eines aus dem Monomer A und dem Monomer C, und eines Vorläufers des Monomers B (eines Monomers B', das keine polare Gruppe aufweist) ein Monomer mit einer polaren Gruppe mit den Aufbaueinheiten des Monomers B' reagiert wird. Dabei kann dem erhaltenen Copolymer ein Vernetzungsmittel oder dergleichen beigegeben werden und das Copolymer vernetzt werden. Es ist auch eine Vermischung mit anderen Monomeren in einem die Funktion nicht beeinträchtigenden Ausmaß möglich. Außerdem können dem erhaltenen Copolymer andere Bestandteile wie ein isolierendes Füllmaterial, ein piezoelektrisches Füllmaterial, ein Plastifiziermittel, ein Bearbeitungshilfsmittel, ein Alterungsschutzmittel, ein Weichmacher, ein Färbemittel, oder dergleichen beigemischt werden.The dielectric elastomeric material of the present invention can be prepared by randomly or alternately copolymerizing at least one of the monomer A and the monomer C, and the monomer B. Or, it may be prepared by subjecting, after random or alternating copolymerization, at least one of the monomer A and the monomer C, and a precursor of the monomer B (a monomer B 'having no polar group) to a monomer having a polar group Assembly units of the monomer B 'is reacted. In this case, a crosslinking agent or the like may be added to the obtained copolymer, and the copolymer may be crosslinked. It is also possible to mix it with other monomers in a non-functional extent. In addition, other ingredients such as an insulating filler, a piezoelectric filler, a plasticizer, a processing aid, an aging inhibitor, a plasticizer, a coloring agent, or the like may be blended into the obtained copolymer.

Der WandlerThe converter

Der Wandler der vorliegenden Erfindung umfasst eine dielektrische Schicht aus dem obigen dielektrischen Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung und mehrere Elektroden, die mit der dielektrischen Schicht dazwischen angeordnet werden.The converter of the present invention comprises a dielectric layer of the above dielectric elastomeric material of the present invention and a plurality of electrodes interposed therebetween with the dielectric layer.

Von den Gesichtspunkten der Sicherstellung der Filmbildungsgenauigkeit und der Verringerung von Fehlern her ist es ratsam, dass die Dicke der dielektrischen Schicht wenigstens 5 µm beträgt. Wenn die Dicke der dielektrischen Schicht andererseits zu groß wird, wird für den Antrieb eine große Spannung erforderlich und werden die Kosten hoch. Daher ist es ratsam, dass die Dicke der dielektrischen Schicht höchstens 200 µm beträgt.From the viewpoints of ensuring film-forming accuracy and reducing errors, it is advisable that the thickness of the dielectric layer be at least 5 μm. On the other hand, if the thickness of the dielectric layer becomes too large, a large voltage is required for the drive and the cost becomes high. Therefore, it is advisable that the thickness of the dielectric layer is 200 μm or less.

Es ist ratsam, dass die mehreren Elektroden der dielektrischen Schicht folgend verformbar sind. Eine solche Elektrode kann unter Verwendung eines Bindemittels und eines leitenden Materials gebildet werden. Von dem Gesichtspunkt einer derartigen Bildung der Elektrode, dass der elektrische Widerstand auch beim Ausdehnen und Zusammenziehen nur schwer zunimmt, her ist als Bindemittel ein Elastomer ideal. Als Elastomer kann ein vernetzter Kautschuk wie Nitrilkautschuk (NBR), hydrierter Nitrilkautschuk (H-NBR), Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer (EPDM), Silikonkautschuk, Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Acrylkautschuk, Urethankautschuk, Epichlorhydrinkautschuk, chlorsulfoniertes Polystyrol, chloriertes Polyethylen, oder dergleichen, und ein thermoplastisches Elastomer auf Styrolbasis, Olefinbasis, PVC-Basis, Polyesterbasis, Polyurethanbasis, Polyamidbasis, oder dergleichen angeführt werden. Oder es kann auch ein durch Einbringen einer funktionellen Gruppe oder dergleichen modifiziertes Elastomer wie epoxidmodifizierter Acrylkautschuk, carboxylgruppenmodifizierter hydrierter Nitrilkautschuk, oder dergleichen verwendet werden.It is advisable that the multiple electrodes of the dielectric layer are subsequently deformable. Such an electrode may be formed using a binder and a conductive material. From the viewpoint of such formation of the electrode that the electric resistance is difficult to increase even when expanding and contracting, an elastomer is ideal as a binder. As the elastomer, a crosslinked rubber such as nitrile rubber (NBR), hydrogenated nitrile rubber (H-NBR), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), silicone rubber, natural rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), acrylic rubber, urethane rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polystyrene, chlorinated polyethylene, or the like, and a styrene-based, olefin-based, PVC-based, polyester-based, polyurethane-based, polyamide-based, or the like thermoplastic elastomer may be mentioned. Or, an elastomer modified by incorporation of a functional group or the like, such as epoxy-modified acrylic rubber, carboxyl group-modified hydrogenated nitrile rubber, or the like may also be used.

Für die Art des leitenden Materials bestehen keine wesentlichen Beschränkungen. Es kann passend aus leitendem Kohlenstoffpulver wie Ruß, Kohlenstoffnanoröhren, Graphit, Graphen, oder dergleichen, Metallpulver von Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Rhodium, Palladium, Chrom, Titan, Platin, Eisen sowie Legierungen davon, oder dergleichen, usw. gewählt werden. Es ist auch möglich, ein Pulver aus mit Metall überzogenen Teilchen wie etwa silberüberzogenes Kupferpulver oder dergleichen zu verwenden. Es kann auch ein leitendes Polymer mit einem Aufbau, dem π-Elektronen zugeordnet wurden, verwendet werden. Es ist möglich, nur eine Art der Genannten zu verwenden, doch können auch zwei oder mehr Arten gemeinsam verwendet werden.There are no significant restrictions on the type of conductive material. It may be suitably selected from conductive carbon powder such as carbon black, carbon nanotubes, graphite, graphene or the like, metal powders of silver, gold, copper, nickel, rhodium, palladium, chromium, titanium, platinum, iron and alloys thereof, or the like, etc. , It is also possible to use a powder of metal-coated particles such as silver-coated copper powder or the like. Also, a conductive polymer having a structure associated with π-electrons may be used. It is possible to use only one kind of the same, but two or more kinds may be shared.

Die Elektroden können zusätzlich zu dem Bindemittel und dem leitenden Material je nach Notwendigkeit Beigabemittel wie ein Dispergiermittel, ein Plastifiziermittel, ein Alterungsschutzmittel, ein Färbemittel, oder dergleichen enthalten. Wenn beispielsweise ein Elastomer als Bindemittel verwendet wird, kann ein leitendes Auftragematerial angefertigt werden, indem einer Polymerlösung, wofür das Polymer des Elastomeranteils durch ein Lösemittel gelöst wurde, das leitende Material und, je nach Notwendigkeit, Beigabemittel beigegeben werden und verrührt und vermischt werden. Eine Elektrode kann durch direktes Auftragen des angefertigten leitenden Auftragematerials auf eine Fläche der dielektrischen Schicht gebildet werden. Oder es ist möglich, die Elektrode durch Auftragen des leitenden Auftragematerials auf einen Trennfilm zu bilden, und die gebildete Elektrode zu einer Fläche der dielektrischen Schicht zu übertragen.The electrodes may contain addition agents such as a dispersant, a plasticizer, an anti-aging agent, a coloring agent, or the like, in addition to the binder and the conductive material, as necessary. For example, when an elastomer is used as a binder, a conductive coating material can be prepared by adding a polymer solution for which the polymer of the elastomer portion has been dissolved by a solvent, adding the conductive material and adding agents as necessary, and mixing and mixing. An electrode may be formed by directly applying the prepared conductive deposition material to a surface of the dielectric layer. Or, it is possible to form the electrode by applying the conductive coating material to a release film, and to transfer the formed electrode to a surface of the dielectric layer.

Wenn der Wandler der vorliegenden Erfindung als mehrschichtiger Aufbau, bei dem mehrere dielektrische Schichten und Elektroden abwechselnd geschichtet sind, ausgeführt wird, kann eine noch größere Kraft erzeugt werden. Bei dem Wandler der vorliegenden Erfindung kann an der äußersten Schicht auch eine Schutzschicht angeordnet werden. Durch das Anordnen der Schutzschicht kann die Isolierfähigkeit sichergestellt werden und der Wandler vor mechanischen Beanspruchungen von außen geschützt werden. Es ist ratsam, dass die Schutzschicht weich ist und über Elastizität verfügt. Es ist günstig, wenn die Schutzschicht so gebildet wird, dass sie zum Beispiel Urethankautschuk, Silikonkautschuk, NBR, H-NBR, Ethylen-Propylen-Copolymer-Kautschuk, EPDM, Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Acrylkautschuk, oder dergleichen enthält. Außerdem kann die dielektrische Schicht bei dem Wandler der vorliegenden Erfindung auch durch Aufeinanderschichten von gleichartigen oder verschiedenartigen Schichten aufgebaut werden. Außerdem kann auch eine Ionen-Fixierungsschicht, die über die Funktion zur Verstärkung der elektrischen Ladung verfügt, oder dergleichen auf die dielektrische Schicht geschichtet werden. When the converter of the present invention is embodied as a multilayered structure in which a plurality of dielectric layers and electrodes are alternately stacked, an even larger force can be generated. In the transducer of the present invention, a protective layer may also be disposed on the outermost layer. By arranging the protective layer, the insulating ability can be ensured and the transducer can be protected from mechanical stresses from the outside. It is advisable that the protective layer is soft and has elasticity. It is preferable that the protective layer be formed to contain, for example, urethane rubber, silicone rubber, NBR, H-NBR, ethylene-propylene copolymer rubber, EPDM, natural rubber, styrene-butadiene rubber, acrylic rubber, or the like. In addition, in the transducer of the present invention, the dielectric layer can also be constructed by stacking the same or different layers. In addition, an ion-fixing layer having the electric charge amplifying function or the like may also be laminated on the dielectric layer.

Nachstehend wird eine Ausführungsweise für den Wandler der vorliegenden Erfindung erklärt. 1 zeigt eine geschnittene schematische Ansicht eines Aktuators. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Aktuator 1 eine dielektrische Schicht 10, ein Paar von Elektroden 11a, 11b, und Verdrahtungen 12a, 12b. Die dielektrische Schicht 10 besteht aus einem vernetzten Körper eines statistischen Copolymers aus Butylacrylat (Monomer A), Cyanoethylacrylat (Monomer B) und Acrylsäure (Monomer C). Die Aufbauformel des statistischen Copolymers ist durch die folgende Formel (1) gezeigt.

Figure DE112017004872T5_0002
Hereinafter, an embodiment of the converter of the present invention will be explained. 1 shows a sectional schematic view of an actuator. As in 1 shown includes the actuator 1 a dielectric layer 10 , a pair of electrodes 11a . 11b , and wirings 12a . 12b , The dielectric layer 10 consists of a crosslinked body of a random copolymer of butyl acrylate (monomer A), cyanoethyl acrylate (monomer B) and acrylic acid (monomer C). The constitutional formula of the random copolymer is shown by the following formula (1).
Figure DE112017004872T5_0002

Das Monomer B weist als polare Gruppe eine Cyanogruppe (-CN) auf. Das Monomer C weist als funktionelle Gruppe eine Carboxylgruppe (-COOH) auf. Wie in der Formel (1) gezeigt, ist in der aus dem Monomer B bestehenden Aufbaueinheit in dem Copolymer das selbst gebundene Kohlenstoffatom der polaren Gruppe (-CN) als erstes Atom über vier geradkettig verbundene Atome (C-C-O-C) mit der Polymerhauptkette gekoppelt. Die relative Dielektrizitätskonstante des statistischen Copolymers beträgt 15, und der Elastizitätsmodul beträgt 0,8 MPa. Der vernetzte Körper des statistischen Copolymers ist in dem dielektrischen Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung enthalten. Der Aktuator 1 ist in dem Wandler der vorliegenden Erfindung enthalten.The monomer B has a cyano group (-CN) as a polar group. The monomer C has as a functional group a carboxyl group (-COOH). As shown in the formula (1), in the constitutional unit consisting of the monomer B in the copolymer, the self-bonded carbon atom of the polar group (-CN) as the first atom is coupled to the polymer main chain through four straight-chain linked atoms (CCOC). The relative dielectric constant of the random copolymer is 15, and the elastic modulus is 0.8 MPa. The crosslinked body of the random copolymer is contained in the dielectric elastomeric material of the present invention. The actuator 1 is included in the converter of the present invention.

Die Elektrode 11a ist so angeordnet, dass sie ungefähr die gesamte obere Fläche der dielektrischen Schicht 10 bedeckt. Ebenso ist die Elektrode 11b so angeordnet, dass sie ungefähr die gesamte untere Fläche der dielektrischen Schicht 10 bedeckt. Die Elektroden 11a, 11b enthalten jeweils Acrylkautschuk und Ruß. Die Elektroden 11a, 12b sind jeweils über eine Verdrahtung 12a, 12b an die Stromquelle 13 angeschlossen.The electrode 11a is disposed so as to cover approximately the entire upper surface of the dielectric layer 10 covered. Likewise, the electrode 11b arranged so that it covers approximately the entire lower surface of the dielectric layer 10 covered. The electrodes 11a . 11b each contain acrylic rubber and carbon black. The electrodes 11a . 12b are each via a wiring 12a . 12b to the power source 13 connected.

Wenn zwischen dem Paar von Elektroden 11a, 11b eine Spannung angelegt wird, wird die Dicke der dielektrischen Schicht 10 geringer und dehnt sie sich in diesem Ausmaß in Bezug auf die Flächen der Elektroden 11a, 11b in der Parallelrichtung aus. Dadurch wird eine Antriebskraft in der senkrechten Richtung und in der Links-Rechts-Richtung in der Figur ausgegeben.If between the pair of electrodes 11a . 11b a voltage is applied, the thickness of the dielectric layer becomes 10 less and expands to that extent with respect to the surfaces of the electrodes 11a . 11b in the parallel direction. Thereby, a driving force is output in the vertical direction and in the left-right direction in the figure.

In der aus dem Monomer B bestehenden Aufbaueinheit des Copolymers, das die dielektrische Schicht 10 bildet, sind zwischen der polaren Gruppe und der Polymerhauptkette vier geradkettig verbundene Atome vorhanden. Das heißt, die polare Gruppe und die Polymerhauptkette sind durch einen bestimmten Abstand getrennt. Daher interferiert die polare Gruppe kaum mit der Polymerkette und wird die Bewegung der polaren Gruppe kaum durch die Polymerkette beschränkt. Da die Monomere A, B und C statistisch copolymerisiert sind, folgen Aufbaueinheiten aus dem Monomer B, das die polare Gruppe aufweist, im Vergleich zu einer Copolymerisation kaum aufeinander. Dadurch wird eine Interferenz der polaren Gruppen untereinander unterdrückt und werden die polaren Gruppen leicht beweglich. Folglich wird die Weichheit des Copolymers hoch. Da die Besonderheit der polaren Gruppen, dass die Polarität hoch ist, in vollem Umfang hervorgebracht wird, wird die relative Dielektrizitätskonstante des Copolymers hoch. Folglich ist die dielektrische Schicht 10 weich und die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht 10 hoch. Dadurch können durch den Aktuator 1 eine große Kraft und ein großes Verschiebungsausmaß erhalten werden. Wenn der Aufbau des Aktuators 1 als Sensor verwendet wird, kann ein Sensor mit einer hohen Empfindlichkeit ausgeführt werden.In the constituent unit of the copolymer consisting of the monomer B, which is the dielectric layer 10 forms four straight-chain atoms between the polar group and the polymer main chain. That is, the polar group and the polymer main chain are separated by a certain distance. Therefore, the polar group hardly interferes with the polymer chain and the movement of the polar group is scarcely restricted by the polymer chain. Since the monomers A, B and C are random copolymerized, constitutional units of the monomer B having the polar group hardly follow each other as compared with a copolymerization. This suppresses interference between the polar groups and makes the polar groups easily mobile. As a result, the softness of the copolymer becomes high. Since the peculiarity of the polar groups that the polarity is high is brought about in full, the relative dielectric constant of the copolymer becomes high. Consequently, the dielectric layer is 10 soft and the relative dielectric constant of the dielectric layer 10 high. This can be done by the actuator 1 a great force and a large amount of displacement are obtained. If the structure of the actuator 1 As a sensor, a sensor with a high sensitivity can be performed.

Ausführungsformenembodiments

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung durch Ausführungsformen konkret erklärt.Hereinafter, the present invention will be concretely explained by embodiments.

Herstellung des CopolymersPreparation of the copolymer

Copolymer 1Copolymer 1

Zunächst wurden 37,2 g (0,29 Mol) Butylacrylat als Monomer A, 86,3 g (0,69 Mol) Cyanoethylacrylat als Monomer B, und 1,4 g (0,02 Mol) Acrylsäure als Monomer C in einen Kolben mit drei Öffnungen gegeben und in 200 ml N,N-Dimethylformamid gelöst. Dann wurde 30 Minuten lang Stickstoff hindurchgeperlt. Danach wurden in Bezug auf die gesamte Monomermasse 0,1 Masse-% Azobisisobutyronitril als Radikalstarter beigegeben und erfolgten in einer Stickstoffatmosphäre bei 65 °C 14 Stunden lang eine Erhitzung und ein Rückfluss. Nach dem Ende der Reaktion erfolgten unter Verwendung von Methanol eine Wiederausfällung und eine Reinigung und wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch das Copolymer 1 erhalten wurde. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer Kernspinresonanz(NMR)-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 1 ein statistisches Copolymer mit dem in der obigen Formel (1) gezeigten Aufbau ist (Gleiches gilt in der Folge auch für die Copolymere 2 und 3). Der Umstand, dass in der aus dem Monomer C bestehenden Aufbaueinheit eine Carboxylgruppe vorhanden ist, wurde durch eine Neutralisationstitration unter Verwendung einer 0,1-N-Kaliumhydroxidlösung in Methanol mit einer Phenolphthaleinlösung als Indikator bestätigt (Gleiches gilt in der Folge auch für die Copolymere 2 bis 12, und 18 bis 21).First, 37.2 g (0.29 mol) of butyl acrylate as monomer A, 86.3 g (0.69 mol) of cyanoethyl acrylate as monomer B, and 1.4 g (0.02 mol) of acrylic acid as monomer C in a flask with three openings and dissolved in 200 ml of N, N-dimethylformamide. Nitrogen was then bubbled through for 30 minutes. Thereafter, with respect to the entire monomer composition, 0.1 mass% of azobisisobutyronitrile was added as a radical initiator and heated and refluxed in a nitrogen atmosphere at 65 ° C for 14 hours. After the completion of the reaction, reprecipitation and purification were carried out using methanol, and drying was performed at a reduced pressure to give the copolymer 1 was obtained. By analyzing the obtained copolymer with a nuclear magnetic resonance (NMR) device, it was confirmed that the copolymer 1 is a random copolymer having the structure shown in the above formula (1) (the same applies hereinafter also to the copolymers 2 and 3 ). The fact that a carboxyl group is present in the constituent unit consisting of the monomer C was confirmed by a neutralization titration using a 0.1N potassium hydroxide solution in methanol with a phenolphthalein solution as an indicator (the same applies hereinafter also to the copolymers 2 to 12 , and 18 to 21 ).

Copolymer 2Copolymer 2

Das Copolymer 2 wurde mit Ausnahme einer Änderung der Beigabemenge des Butylacrylats zu 25,6 g (0,20 Mol) und der Beigabemenge des Cyanoethylacrylats zu 97,6 g (0,78 Mol) auf die gleiche Weise wie das Copolymer 1 hergestellt.The copolymer 2 except for a change in the addition amount of the butyl acrylate to 25.6 g (0.20 mol) and the addition amount of the cyanoethyl acrylate to 97.6 g (0.78 mol) in the same manner as the copolymer 1 manufactured.

Copolymer 3Copolymer 3

Das Copolymer 3 wurde mit Ausnahme einer Änderung der Beigabemenge des Butylacrylats zu 12,8 g (0,10 Mol) und der Beigabemenge des Cyanoethylacrylats zu 110,1 g (0,88 Mol) auf die gleiche Weise wie das Copolymer 1 hergestellt.The copolymer 3 was added to 12.8 g (0.10 mol) and the addition amount of the cyanoethyl acrylate to 110.1 g (0.88 mol) in the same manner as the copolymer except for a change in addition amount of the butyl acrylate 1 manufactured.

Copolymer 4Copolymer 4

Das Copolymer 4 wurde mit Ausnahme einer Änderung des Monomers A zu 2-Ethylhexylacrylat auf die gleiche Weise wie das Copolymer 1 hergestellt. Die Beigabemenge des 2-Ethylhexylacrylats betrug 53,4 g (0,29 Mol). Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 4 ein statistisches Copolymer mit dem in der folgenden Formel (2) gezeigten Aufbau ist (Gleiches gilt in der Folge auch für die Copolymere 5 und 6).

Figure DE112017004872T5_0003
The copolymer 4 was except for a change of the monomer A to 2-ethylhexyl acrylate in the same manner as the copolymer 1 manufactured. The loading amount of the 2-ethylhexyl acrylate was 53.4 g (0.29 mol). By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 4 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (2) (the same applies hereinafter also to the copolymers 5 and 6 ).
Figure DE112017004872T5_0003

Copolymer 5Copolymer 5

Das Copolymer 5 wurde mit Ausnahme einer Änderung der Beigabemenge des 2-Ethylhexylacrylats zu 36,9 g (0,20 Mol) und der Beigabemenge des Cyanoethylacrylats zu 97,6 g (0,78 Mol) auf die gleiche Weise wie das Copolymer 1 hergestellt.The copolymer 5 except for a change in the addition amount of 2-ethylhexyl acrylate to 36.9 g (0.20 mol) and the addition amount of the cyanoethyl acrylate to 97.6 g (0.78 mol) in the same manner as the copolymer 1 manufactured.

Copolymer 6Copolymer 6

Das Copolymer 6 wurde mit Ausnahme einer Änderung der Beigabemenge des 2-Ethylhexylacrylats zu 18,4 g (0,10 Mol) und der Beigabemenge des Cyanoethylacrylats zu 110,1 g (0,88 Mol) auf die gleiche Weise wie das Copolymer 1 hergestellt.The copolymer 6 except for a change in the addition amount of 2-ethylhexyl acrylate to 18.4 g (0.10 mol) and the addition amount of the cyanoethyl acrylate to 110.1 g (0.88 mol) in the same manner as the copolymer 1 manufactured.

Copolymer 7Copolymer 7

Das Copolymer 7 wurde mit Ausnahme einer Änderung des Monomers A zu Octylacrylat auf die gleiche Weise wie das Copolymer 1 hergestellt. Die Beigabemenge des Octylacrylats betrug 53,4 g (0,29 Mol). Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 7 ein statistisches Copolymer mit dem in der folgenden Formel (3) gezeigten Aufbau ist (Gleiches gilt in der Folge auch für das Copolymer 8).

Figure DE112017004872T5_0004
The copolymer 7 was except for a change of the monomer A to octyl acrylate in the same manner as the copolymer 1 manufactured. The addition amount of the octyl acrylate was 53.4 g (0.29 mol). By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 7 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (3) (the same applies hereinafter also to the copolymer 8th ).
Figure DE112017004872T5_0004

Copolymer 8Copolymer 8

Das Copolymer 8 wurde mit Ausnahme einer Änderung der Beigabemenge des Octylacrylats zu 36,9 g (0,20 Mol) und der Beigabemenge des Cyanoethylacrylats zu 97,6 g (0,78 Mol) auf die gleiche Weise wie das Copolymer 7 hergestellt.The copolymer 8th except for a change in the addition amount of the octyl acrylate to 36.9 g (0.20 mol) and the addition amount of the cyanoethyl acrylate to 97.6 g (0.78 mol) in the same manner as the copolymer 7 manufactured.

Copolymer 9Copolymer 9

Das Copolymer 9 wurde mit Ausnahme einer Änderung des Monomers A zu Ethylenacrylat auf die gleiche Weise wie das Copolymer 1 hergestellt. Die Beigabemenge des Ethylenacrylats betrug 29,0 g (0,29 Mol). Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 9 ein statistisches Copolymer mit dem in der folgenden Formel (4) gezeigten Aufbau ist.

Figure DE112017004872T5_0005
The copolymer 9 was except for a change of the monomer A to ethylene acrylate in the same manner as the copolymer 1 manufactured. The addition amount of the ethylene acrylate was 29.0 g (0.29 mol). By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 9 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (4).
Figure DE112017004872T5_0005

Copolymer 10 Copolymer 10

Zunächst wurde DCEA als Monomer B hergestellt. 10,6 g (0,10 Mol) 2-Methylenglutarnitril, 9,2 g (0,10 Mol) 3-Mercapto-1-propanol, und 0,62 ml Diisopropylamin wurden in einen auberginenförmigen Kolben gegeben und nach einem Lösen in 100 ml Methanol 6 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Nach dem Ende der Reaktion wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen und wurden dann 100 ml Toluol, 7,2 g (0,10 Mol) Acrylsäure, 0,5 g p-Toluolsulfonsäure und 0,01 g Hydrochinon beigegeben und erfolgten 6 Stunden lang eine Erhitzung und ein Rückfluss. Nach dem Ende der Reaktion wurde die organische Phase durch eine Scheidetätigkeit unter Verwendung von demineralisiertem Wasser gewonnen und wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch DCEA mit dem durch die nachstehende Formel (5) gezeigten Aufbau erhalten wurde.

Figure DE112017004872T5_0006
First, DCEA was prepared as monomer B. 10.6 g (0.10 mol) of 2-methyleneglutaronitrile, 9.2 g (0.10 mol) of 3-mercapto-1-propanol, and 0.62 ml of diisopropylamine were placed in an eggplant-shaped flask and dissolved in 100 ml of methanol 6 Stirred for hours at room temperature. After the end of the reaction, drying was carried out at a reduced pressure, and then 100 ml of toluene, 7.2 g (0.10 mol) of acrylic acid, 0.5 g of p-toluenesulfonic acid and 0.01 g of hydroquinone were added, followed by 6 hours long a heating and a reflux. After the completion of the reaction, the organic phase was recovered by a separation operation using demineralized water, and drying was carried out at a reduced pressure to obtain DCEA having the structure shown by the following formula (5).
Figure DE112017004872T5_0006

Anschließend wurden 97,6 g (0,78 Mol) Cyanoethylacrylat als Monomer B und 50,5 g (0,20 Mol) DCEA als Monomer B, und 1,4 g (0,02 Mol) Acrylsäure als Monomer C in einen Kolben mit drei Öffnungen gegeben und in 200 ml N,N-Dimethylformamid gelöst. Dann wurde 30 Minuten lang Stickstoff hindurchgeperlt. Danach wurden in Bezug auf die gesamte Monomermasse 0,1 Masse-% Azobisisobutyronitril als Radikalstarter beigegeben und erfolgten in einer Stickstoffatmosphäre bei 65 °C 14 Stunden lang eine Erhitzung und ein Rückfluss. Nach dem Ende der Reaktion erfolgten unter Verwendung von Methanol eine Wiederausfällung und eine Reinigung und wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch das Copolymer 10 erhalten wurde. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 10 ein statistisches Copolymer mit dem in der nachstehenden Formel (6) gezeigten Aufbau ist.

Figure DE112017004872T5_0007
Subsequently, 97.6 g (0.78 mol) of cyanoethyl acrylate as monomer B and 50.5 g (0.20 mol) of DCEA as monomer B, and 1.4 g (0.02 mol) of acrylic acid as monomer C in a flask with three openings and dissolved in 200 ml of N, N-dimethylformamide. Nitrogen was then bubbled through for 30 minutes. Thereafter, with respect to the entire monomer composition, 0.1 mass% of azobisisobutyronitrile was added as a radical initiator and heated and refluxed in a nitrogen atmosphere at 65 ° C for 14 hours. After the completion of the reaction, reprecipitation and purification were carried out using methanol, and drying was performed at a reduced pressure to give the copolymer 10 was obtained. By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 10 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (6).
Figure DE112017004872T5_0007

Copolymer 11Copolymer 11

Zunächst wurde CEVE als Monomer B hergestellt. 8,8 g (0,10 Mol) Ethylenglykolmonovinylether und 5,3g (0,10 Mol) Acrylnitril wurden in einen auberginenförmigen Kolben gegeben und nach einem Lösen in 100 ml einer wässrigen 2-M-Natriumhydroxidlösung 6 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Nach dem Ende der Reaktion wurde die organische Phase durch eine Scheidetätigkeit unter Verwendung von Dichlormethan und demineralisiertem Wasser gewonnen und wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch CEVE mit dem durch die nachstehende Formel (7) gezeigten Aufbau erhalten wurde.

Figure DE112017004872T5_0008
First CEVE was prepared as monomer B. 8.8 g (0.10 mol) of ethylene glycol monovinyl ether and 5.3 g (0.10 mol) of acrylonitrile were placed in an eggplant-shaped flask and, after being dissolved in 100 ml of a 2M aqueous sodium hydroxide solution, stirred at room temperature for 6 hours. After the end of the reaction, the organic phase was recovered by a separation operation using dichloromethane and demineralized water, and drying was performed at a reduced pressure to obtain CEVE having the structure shown by the following formula (7).
Figure DE112017004872T5_0008

Anschließend wurden 18,0 g (0,34 Mol) Acrylnitril als Monomer B, 90,4 g (0,64 Mol) CEVE als Monomer B, und 1,4 g (0,02 Mol) Acrylsäure als Monomer C in einen Kolben mit drei Öffnungen gegeben und in 200 ml N,N-Dimethylformamid gelöst. Dann wurde 30 Minuten lang Stickstoff hindurchgeperlt. Danach wurden in Bezug auf die gesamte Monomermasse 0,1 Masse-% Azobisisobutyronitril als Radikalstarter beigegeben und erfolgten in einer Stickstoffatmosphäre bei 65 °C 14 Stunden lang eine Erhitzung und ein Rückfluss. Nach dem Ende der Reaktion erfolgten unter Verwendung von Methanol eine Wiederausfällung und eine Reinigung und wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch das Copolymer 11 erhalten wurde. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 11 ein statistisches Copolymer mit dem in der nachstehenden Formel (8) gezeigten Aufbau ist.

Figure DE112017004872T5_0009
Subsequently, 18.0 g (0.34 mol) of acrylonitrile as monomer B, 90.4 g (0.64 mol) CEVE as monomer B, and 1.4 g (0.02 mol) of acrylic acid as monomer C in a flask with three openings and dissolved in 200 ml of N, N-dimethylformamide. Nitrogen was then bubbled through for 30 minutes. Thereafter, with respect to the entire monomer composition, 0.1 mass% of azobisisobutyronitrile was added as a radical initiator and heated and refluxed in a nitrogen atmosphere at 65 ° C for 14 hours. After the completion of the reaction, reprecipitation and purification were carried out using methanol, and drying was performed at a reduced pressure to give the copolymer 11 was obtained. By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 11 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (8).
Figure DE112017004872T5_0009

Copolymer 12Copolymer 12

Das Copolymer 12 wurde mit Ausnahme einer Nichtverwendung des Monomers A und einer Änderung der Beigabemenge des Cyanoethylacrylats zu 122,6 g (0,98 Mol) auf die gleiche Weise wie das Copolymer 1 hergestellt. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 12 ein statistisches Copolymer mit dem in der folgenden Formel (9) gezeigten Aufbau ist.

Figure DE112017004872T5_0010
Figure DE112017004872T5_0011
The copolymer 12 was 122.6 g (0.98 mol) in the same manner as the copolymer except for not using the monomer A and changing the addition amount of the cyanoethyl acrylate 1 manufactured. By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 12 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (9).
Figure DE112017004872T5_0010
Figure DE112017004872T5_0011

Copolymer 13Copolymer 13

Das Copolymer 13 wurde mit Ausnahme einer Nichtverwendung des Monomers C und einer Änderung der Beigabemenge des Butylacrylats zu 38,5 g (0,30 Mol) und der Beigabemenge des Cyanoethylacrylats zu 87,6 g (0,70 Mol) auf die gleiche Weise wie das Copolymer 1 hergestellt. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 13 ein statistisches Copolymer mit dem in der folgenden Formel (10) gezeigten Aufbau ist.

Figure DE112017004872T5_0012
Figure DE112017004872T5_0013
The copolymer 13 was added to 87.5 g (0.70 mol) in the same manner as the copolymer except for not using monomer C and changing the addition amount of the butyl acrylate to 38.5 g (0.30 mol) and the addition amount of the cyanoethyl acrylate 1 manufactured. By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 13 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (10).
Figure DE112017004872T5_0012
Figure DE112017004872T5_0013

Copolymer 14Copolymer 14

Zunächst wurden cyangruppenmodifiziertes Silan 1 und cyangruppenmodifiziertes Silan 2 als Monomer B hergestellt.First, cyano group-modified silane 1 and cyano group-modified silane 2 prepared as monomer B.

Cyangruppenmodifiziertes Silan 1Cyano group modified silane 1

5,3 g (0,10 Mol) Acrylnitril, 19,8 g (0,11 Mol) Dimethoxy-3-mercaptopropylmethylsilan und 0,62 ml Diisopropylamin wurden in einen auberginenförmigen Kolben gegeben und nach einem Lösen in 100 ml Methanol 6 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Nach dem Ende der Reaktion wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch das cyangruppenmodifizierte Silan 1 mit dem in der folgenden Formel (11) gezeigten Aufbau erhalten wurde.

Figure DE112017004872T5_0014
Figure DE112017004872T5_0015
5.3 g (0.10 mol) of acrylonitrile, 19.8 g (0.11 mol) of dimethoxy 3 -mercaptopropylmethylsilane and 0.62 ml of diisopropylamine were placed in an eggplant-shaped flask and dissolved in 100 ml of methanol 6 Stirred for hours at room temperature. After the end of the reaction, drying at one reduced pressure, thereby reducing the cyano group-modified silane 1 having the structure shown in the following formula (11).
Figure DE112017004872T5_0014
Figure DE112017004872T5_0015

Cyangruppenmodifiziertes Silan 2Cyano group modified silane 2

10,6 g (0,10 Mol) 2-Methylenglutarnitril, 19,8 g (0,11 Mol) Dimethoxy-3-mercaptopropylmethylsilan und 0,62 ml Diisopropylamin wurden in einen auberginenförmigen Kolben gegeben und nach einem Lösen in 100 ml Methanol 6 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Nach dem Ende der Reaktion wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch das cyangruppenmodifizierte Silan 2 mit dem in der folgenden Formel (12) gezeigten Aufbau erhalten wurde.

Figure DE112017004872T5_0016
10.6 g (0.10 mol) of 2-methylene glutaronitrile, 19.8 g (0.11 mol) of dimethoxy-3-mercaptopropylmethylsilane and 0.62 ml of diisopropylamine were placed in an eggplant-shaped flask and dissolved in 100 ml of methanol 6 Stirred for hours at room temperature. After the end of the reaction was a drying made at a reduced pressure, whereby the cyano group-modified silane 2 having the structure shown in the following formula (12).
Figure DE112017004872T5_0016

Als Nächstes wurde das Copolymer ohne Verwendung des Monomers C aus dem Monomer A und dem Monomer B hergestellt. Zunächst wurden 40,9 g (0,34 Mol) Diethoxydimethylsilan als Monomer A und 77,0 g (0,33 Mol) des cyanmodifizierten Silans 1 und 94,5 g (0,33 Mol) des cyanmodifizierten Silans 2 als Monomer B in einen auberginenförmigen Kolben gegeben und bei Raumtemperatur 1 Stunde lang gerührt. Anschließend wurden in Bezug auf die gesamte Monomermasse 10 Masse-% Dibutylzinndiacetat als Katalysator beigegeben und unter Atmosphärendruck bei 110 °C 6 Stunden lang erhitzt und gerührt. Nach dem Ende der Reaktion erfolgten unter Verwendung von Methanol eine Wiederausfällung und eine Reinigung und wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch das Copolymer 14 (silangruppenmodifizierter Silikonkautschuk) erhalten wurde. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 14 ein statistisches Copolymer mit dem in der obigen Formel (13) gezeigten Aufbau ist. Hier wurde Diethoxidimethylsilan als Monomer A gebraucht. Doch Diethoxidimethylsilan weist eine Silanolgruppe, bei der es sich um eine vernetzbare funktionelle Gruppe handelt, auf. Daher kann Diethoxidimethylsilan auch als Monomer C gebraucht werden (Gleiches gilt in der Folge für die Copolymere 15 bis 17).

Figure DE112017004872T5_0017
Figure DE112017004872T5_0018
Next, the copolymer was prepared without using the monomer C of the monomer A and the monomer B. First, 40.9 g (0.34 mol) of diethoxydimethylsilane as monomer A and 77.0 g (0.33 mol) of the cyan-modified silane 1 and 94 , 5 g (0.33 mol) of the cyan-modified silane 2 as monomer B in an eggplant-shaped flask and at room temperature 1 Stirred for an hour. Subsequently, with respect to the entire monomer mass 10 Added mass% dibutyltin diacetate as a catalyst and heated under atmospheric pressure at 110 ° C for 6 hours and stirred. After the completion of the reaction, reprecipitation and purification were carried out using methanol, and drying was performed at a reduced pressure to give the copolymer 14 (Silane group-modified silicone rubber) was obtained. By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 14 is a random copolymer having the structure shown in the above formula (13). Here, diethoxymethylsilane was used as the monomer A. However, diethoxymethylsilane has a silanol group, which is a crosslinkable functional group. Therefore, diethoxymethylsilane can also be used as monomer C (the same applies in the following for the copolymers 15 to 17 ).
Figure DE112017004872T5_0017
Figure DE112017004872T5_0018

Copolymer 15Copolymer 15

Das Copolymer 15 wurde mit Ausnahme einer Verwendung von 189, 1 g (0,66 Mol) des cyangruppenmodifizierten Silans 2 als Monomer B auf die gleiche Weise wie das Copolymer 14 hergestellt. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 15 ein statistisches Copolymer mit dem in der folgenden Formel (14) gezeigten Aufbau ist.

Figure DE112017004872T5_0019
Figure DE112017004872T5_0020
The copolymer 15 except for use of 189.1 g (0.66 mole) of cyano group-modified silane 2 as monomer B in the same manner as the copolymer 14 manufactured. By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 15 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (14).
Figure DE112017004872T5_0019
Figure DE112017004872T5_0020

Copolymer 16Copolymer 16

Zunächst wurde carbonatgruppenmodifiziertes Silan als Monomer B hergestellt. 11,4 g (0,10 Mol) Vinylethylencarbonat, 19,8 g (0,11 Mol) Dimethoxy-3-mercaptopropylmethylsilan und 0,62 ml Diisopropylamin wurden in einen auberginenförmigen Kolben gegeben und nach einem Lösen in 100 ml Methanol bei Raumtemperatur 6 Stunden lang gerührt. Nach dem Ende der Reaktion wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch carbonatgruppenmodifiziertes Silan mit dem in der folgenden Formel (15) gezeigten Aufbau erhalten wurde.

Figure DE112017004872T5_0021
Figure DE112017004872T5_0022
First, carbonate group-modified silane was prepared as monomer B. 11.4 g (0.10 mol) of vinyl ethylene carbonate, 19.8 g (0.11 mol) of dimethoxy-3-mercaptopropylmethylsilane and 0.62 ml of diisopropylamine were placed in an eggplant-shaped flask and dissolved in 100 ml of methanol at room temperature 6 Stirred for hours. After the end of the reaction, drying was carried out at a reduced pressure to obtain carbonate group-modified silane having the structure shown in the following formula (15).
Figure DE112017004872T5_0021
Figure DE112017004872T5_0022

Als Nächstes wurde das Copolymer 16 mit Ausnahme nur einer Verwendung von 194,3 g (0,66 Mol) des carbonatgruppenmodifizierten Silans als Monomer B auf die gleiche Weise wie das Copolymer 14 hergestellt. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 16 ein statistisches Copolymer mit dem in der folgenden Formel (16) gezeigten Aufbau ist.

Figure DE112017004872T5_0023
Figure DE112017004872T5_0024
Next, the copolymer became 16 with the exception of using only 194.3 g (0.66 mol) of the carbonate group-modified silane as monomer B in the same manner as the copolymer 14 manufactured. By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 16 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (16).
Figure DE112017004872T5_0023
Figure DE112017004872T5_0024

Copolymer 17Copolymer 17

Das Copolymer 17 wurde mit Ausnahme einer Verwendung von 94,5 g (0,33 Mol) des cyangruppenmodifizierten Silans 2 und 97,2 g (0,33 Mol) des carbonatgruppenmodifizierten Silans als Monomer B auf die gleiche Weise wie das Copolymer 14 hergestellt. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 17 ein statistisches Copolymer mit dem in der folgenden Formel (17) gezeigten Aufbau ist.

Figure DE112017004872T5_0025
Figure DE112017004872T5_0026
The copolymer 17 except for use of 94.5 g (0.33 mol) of the cyano group-modified silane 2 and 97 , 2 g (0.33 mol) of the carbonate group-modified silane as monomer B in the same manner as the copolymer 14 manufactured. By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 17 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (17).
Figure DE112017004872T5_0025
Figure DE112017004872T5_0026

Copolymer 18Copolymer 18

Zunächst wurden nach einem Lösen von 1,25 g carboxylgruppenhaltigem NBR („XER-32“ von der JSR KK) in 100 ml Tetrahydrofuran (THF) 18,4 ml einer 0,5-M-THF-Lösung von 9-Borabicyclo[3.3.1]nonan (9-BBN) und 0,95 g 5-Chlorvaleronitril beigegeben und 0,5 Stunden lang gerührt. Anschließend wurden in einem Wasserbad 1,90 g Kalium-2,6-di-tert-butylphenol beigegeben und 2 Stunden lang gerührt. Nach dem Ende der Reaktion erfolgten unter Verwendung von Methanol eine Wiederausfällung und eine Reinigung und wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch das Copolymer 18 (cyanogruppenmodifizierter NBR) erhalten wurde. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 18 ein statistisches Copolymer mit dem in der folgenden Formel (18) gezeigten Aufbau ist.

Figure DE112017004872T5_0027
Figure DE112017004872T5_0028
First, after dissolving 1.25 g of carboxyl-containing NBR ("XER-32" from JSR KK) in 100 ml of tetrahydrofuran (THF), 18.4 ml of a 0.5 M THF solution of 9-borabicyclo [3.3 .1] nonane (9-BBN) and 0.95 g of 5-chlorovaleronitrile were added and stirred for 0.5 hours. Subsequently, in a water bath, 1.90 g of potassium 2,6-di-tert-butylphenol was added and stirred for 2 hours. After the completion of the reaction, reprecipitation and purification were carried out using methanol, and drying was performed at a reduced pressure to give the copolymer 18 (cyano group-modified NBR) was obtained. By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 18 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (18).
Figure DE112017004872T5_0027
Figure DE112017004872T5_0028

Copolymer 19 Copolymer 19

Zunächst wurden 88,4 g (0,69 Mol) Butylacrylat als Monomer A, 15,4 g (0,29 Mol) Acrylnitril als Monomer mit einer polaren Gruppe, und 1,4 g (0,02 Mol) Acrylsäure als Monomer C in einen Kolben mit drei Öffnungen gegeben und 30 Minuten lang Stickstoff hindurchgeperlt. Dann wurden in Bezug auf die gesamte Monomermasse 0,1 Masse-% Azobisisobutyronitril als Radikalstarter beigegeben und erfolgten in einer Stickstoffatmosphäre bei 65 °C 3 Stunden lang eine Erhitzung und ein Rückfluss. Nach dem Ende der Reaktion erfolgten unter Verwendung von Methanol eine Wiederausfällung und eine Reinigung und wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch das Copolymer 19 erhalten wurde. Durch eine Analyse des erhaltenen Copolymers mit einer NMR-Vorrichtung wurde bestätigt, dass das Copolymer 19 ein statistisches Copolymer mit dem in der folgenden Formel (19) gezeigten Aufbau ist (Gleiches gilt in der Folge auch für die Copolymere 20 und 21).

Figure DE112017004872T5_0029
Figure DE112017004872T5_0030
First, 88.4 g (0.69 mol) of butyl acrylate as monomer A, 15.4 g (0.29 mol) of acrylonitrile as a monomer having a polar group, and 1.4 g (0.02 mol) of acrylic acid as monomer C were used placed in a three-necked flask and bubbled with nitrogen for 30 minutes. Then, with respect to the whole monomer composition, 0.1 mass% of azobisisobutyronitrile was added as a radical initiator, and heating and refluxing were conducted in a nitrogen atmosphere at 65 ° C for 3 hours. After the completion of the reaction, reprecipitation and purification were carried out using methanol, and drying was performed at a reduced pressure to give the copolymer 19 was obtained. By analyzing the obtained copolymer with an NMR device, it was confirmed that the copolymer 19 is a random copolymer having the structure shown in the following formula (19) (the same applies hereinafter also to the copolymers 20 and 21 ).
Figure DE112017004872T5_0029
Figure DE112017004872T5_0030

Copolymer 20Copolymer 20

Das Copolymer 20 wurde mit Ausnahme einer Änderung der Beigabemenge des Butylacrylats zu 69,2 g (0,54 Mol) und der Beigabemenge des Acrylnitrils zu 23,3 g (0,44 Mol) auf die gleiche Weise wie das Copolymer 19 hergestellt.The copolymer 20 was added to 69.2 g (0.54 mol) and the addition amount of acrylonitrile to 23.3 g (0.44 mol) in the same manner as the copolymer except for a change in the addition amount of the butyl acrylate 19 manufactured.

Copolymer 21Copolymer 21

Das Copolymer 21 wurde mit Ausnahme einer Änderung der Beigabemenge des Butylacrylats zu 62,8 g (0,49 Mol) und der Beigabemenge des Acrylnitrils zu 26,0 g (0,49 Mol) auf die gleiche Weise wie das Copolymer 19 hergestellt.The copolymer 21 was added to 62.8 g (0.49 mol) and the addition amount of the acrylonitrile to 26.0 g (0.49 mol) in the same manner as the copolymer except for a change in the addition amount of the butyl acrylate 19 manufactured.

Messung der stofflichen Eigenschaften der CopolymereMeasurement of the material properties of the copolymers

Das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht der hergestellten Copolymere wurde unter Verwendung einer GPC-Vorrichtung gemessen, und der Glasübergangspunkt wurde unter Verwendung der DSK gemessen. Außerdem wurden für die Messung der relativen Dielektrizitätskonstanten, des Volumenwiderstands und des Elastizitätsmoduls der Copolymere wie folgt hergestellte Proben für die Messung verwendet. Zunächst wurden die Copolymere in Acetylaceton gelöst und Polymerlösungen mit einer Feststoffanteilkonzentration von 20 Masse-% hergestellt. Dann wurden die hergestellten Polymerlösungen auf Substrate aufgetragen und getrocknet und danach bei 150 °C 60 Minuten lang erhitzt, wodurch dünnfilmförmige Proben für die Messung erhalten wurden.The weight-average molecular weight of the prepared copolymers was measured by using a GPC apparatus, and the glass transition point was measured by using DSC. In addition, samples prepared as follows for the measurement of the relative dielectric constants, the volume resistivity and the modulus of elasticity of the copolymers were used for the measurement. First, the copolymers were dissolved in acetylacetone and prepared polymer solutions having a solids content concentration of 20% by mass. Then, the prepared polymer solutions were coated on substrates and dried, followed by heating at 150 ° C for 60 minutes to obtain thin film samples for measurement.

Die relative Dielektrizitätskonstante The relative dielectric constant

Die relative Dielektrizitätskonstante wurde wie oben beschrieben unter Verwendung einer Vorrichtung von Solartron bei einer Frequenz von 100 Hz gemessen.The relative dielectric constant was measured as described above using a Solartron device at a frequency of 100 Hz.

Der VolumenwiderstandThe volume resistance

Der Volumenwiderstand wurde gemäß dem in JIS K6271:2008 bestimmten Parallelklemmenverfahren gemessen. Die Messung wurde unter Anlegung einer Gleichstromspannung von 100 V vorgenommen.The volume resistivity was measured according to the parallel clamp method determined in JIS K6271: 2008. The measurement was made applying a DC voltage of 100V.

Der ElastizitätsmodulThe modulus of elasticity

Der Elastizitätsmodul wurde gemäß dem in JIS K6254:2010 bestimmten Verfahren zur Messung des statischen Schermoduls gemessen. Für die Messung wurde ein streifenförmiges Versuchsstück mit der Form 1 verwendet, wobei die Zuggeschwindigkeit beim Zugversuch 100 mm/min und die Zugdehnung 25 % betrug.Young's modulus was measured according to the method of static shear modulus determined in JIS K6254: 2010. For the measurement was a strip-shaped test piece with the shape 1 used, wherein the tensile speed in the tensile test 100 mm / min and the tensile elongation was 25%.

In Tabelle 1 und Tabelle 2 sind die Zusammensetzung und die stofflichen Eigenschaften der Copolymere zusammengefasst. Die Copolymere 1 bis 18 sind in dem Copolymer, das das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung bildet, enthalten. Zum Vergleich sind auch die stofflichen Eigenschaften von handelsüblichem Acrylkautschuk („Nipol“ eingetragenes Warenzeichen) AR53L von der Zeon Corporation), Silikonkautschuk („KE-1935“ von der Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) und carboxylgruppenhaltigem NBR („XER-32“ von der JSR KK) gezeigt.

Figure DE112017004872T5_0031
Figure DE112017004872T5_0032
Table 1 and Table 2 summarize the composition and the material properties of the copolymers. The copolymers 1 to 18 are contained in the copolymer constituting the dielectric elastomer material of the present invention. For comparison, the physical properties of commercial acrylic rubber ("Nipol" registered trademark) AR53L from Zeon Corporation), silicone rubber ("KE-1935" from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and carboxyl group-containing NBR ("XER") are also included. 32 "from the JSR KK).
Figure DE112017004872T5_0031
Figure DE112017004872T5_0032

Wenn nun die Materialien mit den gleichen Basispolymeren wie bei den Ausführungsformen 1 bis 13 und den Vergleichsformen 1 bis 4, den Ausführungsformen 14 bis 17 und der Vergleichsform 5, und der Ausführungsform 18 und der Vergleichsform 6 miteinander verglichen werden, ist die relative Dielektrizitätskonstante der Ausführungsformen jeweils höher als jene der Vergleichsformen. Der Hauptunterschied zwischen den Ausführungsformen 1 bis 13 (Copolymere 1 bis 13) und den Vergleichsformen 1 bis 3 (Copolymere 19 bis 21) besteht in der Art des Monomers B. Bei den Vergleichsformen 1 bis 3 wurde als Monomer B Acrylnitril verwendet. In diesem Fall sind in den Aufbaueinheiten aus dem Monomer B der Copolymere 19 bis 21 die Cyanogruppen direkt mit dem Kohlenstoff der Polymerhauptkette gekoppelt. Das heißt, zwischen den Cyanogruppen und der Polymerhauptkette ist auch nicht ein Atom vorhanden. Daher lässt sich annehmen, dass die Cyanogruppen mit der Polymerkette interferieren und die Eigenschaften als polare Gruppen kaum hervorgebracht werden können. Now if the materials with the same base polymers as in the embodiments 1 to 13 and the comparative forms 1 to 4 , the embodiments 14 to 17 and the comparative form 5 , and the embodiment 18 and the comparative form 6 are compared with each other, the relative dielectric constant of the embodiments is higher than those of the comparative forms, respectively. The main difference between the embodiments 1 to 13 (copolymers 1 to 13 ) and the comparison forms 1 to 3 (copolymers 19 to 21 ) is the type of monomer B. In the comparative forms 1 to 3 was used as monomer B acrylonitrile. In this case, in the constitutional units of the monomer B, the copolymers 19 to 21 the cyano groups are coupled directly to the carbon of the polymer backbone. That is, there is not an atom between the cyano groups and the polymer backbone. Therefore, it can be assumed that the cyano groups interfere with the polymer chain and the properties as polar groups can hardly be brought about.

Wenn nun die Copolymere 1 bis 3, 4 bis 6, 7 und 8 der Ausführungsformen betrachtet werden, wurde bestätigt, dass die relative Dielektrizitätskonstante und der Elastizitätsmodul bei gleicher Art des Monomers B mit der Erhöhung seiner Beigabemenge größer werden. Im Gegensatz dazu wurde bei den Copolymeren 19 bis 21 der Vergleichsformen bei einer Erhöhung der Beigabemenge des Monomers B und einer Zunahme des Gehalts an polaren Gruppen zwar der Elastizitätsmodul größer, doch wurde die relative Dielektrizitätskonstante nicht größer. Auch hier wird als Grund angenommen, dass die Cyanogruppen direkt mit dem Kohlenstoff der Polymerhauptkette gekoppelt sind und die Cyanogruppen daher mit der Polymerkette interferieren und die Eigenschaften als polare Gruppen kaum hervorgebracht werden können.If now the copolymers 1 to 3 . 4 to 6 . 7 and 8th According to the embodiments, it was confirmed that the relative dielectric constant and Young's modulus of the same kind of the monomer B become larger as the amount of addition thereof increases. In contrast, in the case of the copolymers 19 to 21 In comparison, when the addition amount of the monomer B was increased and the polar group content was increased, the modulus of elasticity became larger, but the relative dielectric constant did not increase. Again, the reason is assumed that the cyano groups are coupled directly to the carbon of the polymer main chain and the cyano groups therefore interfere with the polymer chain and the properties as polar groups can hardly be brought about.

Die Copolymere 10 bis 17 der Ausführungsformen sind binäre Copolymere aus Monomeren B und C oder Monomeren A und B. Auch für diese Copolymere wurde so wie für die tertiären Copolymere aus Monomeren A, B und C eine Wirkung zur Erhöhung der relativen Dielektrizitätskonstanten beobachtet.The copolymers 10 to 17 of the embodiments are binary copolymers of monomers B and C or monomers A and B. Also for these copolymers, as for the tertiary copolymers of monomers A, B and C, an effect of increasing the relative dielectric constant was observed.

Aktuatoreigenschaften 1Actuator properties 1

Unter Verwendung der Copolymere 1, 2, 11, 14 und 19 wurden dielektrische Schichten hergestellt und diese dielektrischen Schichten umfassende Aktuatoren vom elektrostriktiven Typ angefertigt. Zunächst wurde das Copolymer in Acetylaceton gelöst und eine Polymerlösung mit einer Feststoffanteilkonzentration von 20 Masse-% hergestellt. Anschließend wurden 5 Masseteile einer Acetonlösung von Tetrakis(2-Ethylhexyloxy)titan (Konzentration: 20 Masse-%) als Vernetzungsmittel und 12,42 Masseteile Titanoxidteilchen als elektrisch isolierendes Füllmaterial in Bezug auf 100 Masseteile der Polymerlösung beigegeben, wodurch eine Mischlösung hergestellt wurde. Die hergestellte Mischlösung wurde auf ein Substrat aufgetragen und getrocknet und danach bei 150 °C 60 Minuten lang erhitzt, wodurch eine dünnfilmförmige dielektrische Schicht mit einer Dicke von 10 µm hergestellt wurde. Davon gesondert wurden 100 Masseteilen einer Acrylkautschukpolymerlösung 10 Masseteile Ruß beigegeben, wodurch ein leitendes Auftragematerial hergestellt wurde. Das hergestellte leitende Auftragematerial wurde auf Substrate aufgetragen und getrocknet und danach bei 150 °C 60 Minuten lang erhitzt, wodurch dünnfilmförmige dielektrische Elektroden mit einer Dicke von 5 µm hergestellt wurden. Der Volumenwiderstand der Elektroden betrug 5 Ω·cm. Die hergestellten Elektroden wurden an die Vorder- und die Rückfläche in der Dickenrichtung der dielektrischen Schicht geklebt, wodurch ein Paar von Elektroden gebildet wurde. Auf diese Weise wurden vier Arten von Aktuatoren mit unterschiedlicher dielektrischer Schicht hergestellt. Die Copolymere 1, 2, 11 und 14 sind in dem Copolymer, das das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung bildet, enthalten. Die Aktuatoren der Ausführungsformen 1, 2, 11 und 14, die die aus den Copolymeren 1, 2, 11 und 14 hergestellten dielektrischen Schichten umfassen, sind in dem Wandler der vorliegenden Erfindung enthalten. Außerdem wurde aus dem oben genannten handelsüblichen Acrylkautschuk bzw. Silikonkautschuk jeweils eine dielektrische Schicht hergestellt und auf die gleiche Weise an der Vorder- und der Rückfläche in der Dickenrichtung der dielektrischen Schicht eine Elektrode gebildet und dadurch ein Aktuator hergestellt. Dann wurde für die einzelnen Aktuatoren eine Messung der dielektrischen Durchschlagfestigkeit, der erzeugten Kraft und des Verschiebungsausmaßes vorgenommen.Using the copolymers 1 . 2 . 11 . 14 and 19 For example, dielectric layers were fabricated and electrostrictive type actuators comprising these dielectric layers were fabricated. First, the copolymer was dissolved in acetylacetone, and a polymer solution having a solid content concentration of 20% by mass was prepared. Subsequently, 5 parts by mass of an acetone solution of tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium (concentration: 20% by mass) as a crosslinking agent and 12.42 parts by mass of titanium oxide particles as an electrically insulating filler were added with respect to 100 parts by mass of the polymer solution, thereby preparing a mixed solution. The prepared mixed solution was coated on a substrate and dried, followed by heating at 150 ° C for 60 minutes to prepare a thin-film dielectric layer having a thickness of 10 μm. Separated therefrom were 100 parts by weight of an acrylic rubber polymer solution 10 Carbon black, thereby producing a conductive coating material. The prepared conductive coating material was coated on substrates and dried, followed by heating at 150 ° C for 60 minutes to prepare thin-film dielectric electrodes having a thickness of 5 μm. The volume resistivity of the electrodes was 5 Ω · cm. The fabricated electrodes were bonded to the front and back surfaces in the thickness direction of the dielectric layer, thereby forming a pair of electrodes. In this way four types of actuators with different dielectric layers were produced. The copolymers 1 . 2 . 11 and 14 are contained in the copolymer constituting the dielectric elastomer material of the present invention. The actuators of the embodiments 1 . 2 . 11 and 14 made from the copolymers 1 . 2 . 11 and 14 prepared dielectric layers are included in the transducer of the present invention. In addition, a dielectric layer was formed from the above-mentioned commercial acrylic rubber and an electrode was formed in the same manner on the front and back surfaces in the thickness direction of the dielectric layer, thereby producing an actuator. Then, a measurement was made of the dielectric breakdown strength, the generated force and the amount of displacement for the individual actuators.

Zunächst werden die Messvorrichtung und das Verfahren zur Messung der dielektrischen Durchschlagfestigkeit erklärt. 2 ist eine vorderseitige Frontansicht des an der Messvorrichtung angebrachten Aktuators. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang von III-III in 2.First, the measuring apparatus and method for measuring dielectric breakdown strength will be explained. 2 Fig. 10 is a front front view of the actuator attached to the measuring device. 3 shows a sectional view along III-III in 2 ,

Wie in 2 und 3 gezeigt, wird ein oberes Ende des Aktuators 5 durch eine obere Einspanneinrichtung 52 der Messvorrichtung gehalten. Das untere Ende des Aktuators 5 wird durch eine untere Einspanneinrichtung 53 gehalten. Der Aktuator 5 ist in einem vorab in der senkrechten Richtung gedehnten Zustand zwischen der oberen Einspanneinrichtung 52 und der unteren Einspanneinrichtung 53 angebracht (Dehnungsrate: 25 %). Über der oberen Einspanneinrichtung ist eine Kraftmessdose (nicht dargestellt) angeordnet.As in 2 and 3 shown is an upper end of the actuator 5 through an upper clamping device 52 held the measuring device. The lower end of the actuator 5 is through a lower chuck 53 held. The actuator 5 is in a pre-stretched in the vertical direction state between the upper chuck 52 and the lower chuck 53 attached (elongation rate: 25%). Above the upper clamping device, a load cell (not shown) is arranged.

Der Aktuator 5 besteht aus einer dielektrischen Schicht 50 und einem Paar von Elektroden 51a, 51b. Die dielektrische Schicht 50 zeigt im natürlichen Zustand eine rechteckige Plattenform mit einer Länge von 50 mm und einer Breite von 25 mm. Die Elektroden 51a, 51b sind so angeordnet, dass sie einander mit der dielektrischen Schicht 50 dazwischen in der Vorwärts-RückwärtsRichtung gegenüberliegen. Die Elektroden 51a, 51b zeigen im natürlichen Zustand jeweils eine rechteckige Plattenform mit einer Länge von 40 mm, einer Breite von 25 mm und einer Dicke von etwa 10 µm. Die Elektroden 51a, 51b sind in der senkrechten Richtung in einem um 10 mm versetzten Zustand angeordnet. Das heißt, die Elektroden 51a, 51b überlappen einander über die dielektrische Schicht 50 in einem Bereich mit einer Länge von 30 mm und einer Breite von 25 mm. An das untere Ende der Elektrode 51a ist eine Verdrahtung (nicht dargestellt) angeschlossen. Ebenso ist an das obere Ende der Elektrode 51b eine Verdrahtung (nicht dargestellt) angeschlossen. Die Elektroden 51a, 51b sind über die jeweilige Verdrahtung an eine Stromquelle (nicht dargestellt) angeschlossen. The actuator 5 consists of a dielectric layer 50 and a pair of electrodes 51a . 51b , The dielectric layer 50 shows in its natural state a rectangular plate shape with a length of 50 mm and a width of 25 mm. The electrodes 51a . 51b are arranged so that they face each other with the dielectric layer 50 between them in the front-rear direction. The electrodes 51a . 51b each show a rectangular plate shape in the natural state with a length of 40 mm, a width of 25 mm and a thickness of about 10 microns. The electrodes 51a . 51b are arranged in the vertical direction in a state offset by 10 mm. That is, the electrodes 51a . 51b overlap each other via the dielectric layer 50 in an area with a length of 30 mm and a width of 25 mm. To the lower end of the electrode 51a a wiring (not shown) is connected. Likewise, to the top of the electrode 51b a wiring (not shown) connected. The electrodes 51a . 51b are connected via the respective wiring to a power source (not shown).

Die Messung der dielektrischen Durchschlagfestigkeit wurde unter stufenweiser Erhöhung der zwischen den Elektroden 51a, 51b angelegten Spannung bis zum Bruch der dielektrischen Schicht 50 vorgenommen. Dann wurde ein Wert, für den der Spannungswert unmittelbar vor dem Bruch der dielektrischen Schicht 50 durch die Dicke der dielektrischen Schicht 50 geteilt wurde, als dielektrische Durchschlagfestigkeit angesetzt.The measurement of the dielectric breakdown strength was accompanied by a stepwise increase between the electrodes 51a . 51b applied voltage until breakage of the dielectric layer 50 performed. Then, a value for which the voltage value immediately before the breakage of the dielectric layer became 50 through the thickness of the dielectric layer 50 was divided, as dielectric dielectric strength set.

Als Nächstes werden die Messvorrichtung und das Verfahren zur Messung der erzeugten Kraft erklärt. Die Messung der erzeugten Kraft wurde unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wie bei der Messung der dielektrischen Durchschlagfestigkeit vorgenommen (siehe 2 und 3). Wenn zwischen den Elektroden 51a, 51b eine Spannung angelegt wird, entsteht zwischen den Elektroden 51a, 51b eine elektrostatische Anziehung und zieht sich die dielektrische Schicht 50 zusammen. Dadurch wird die Dicke der dielektrischen Schicht 50 dünner und dehnt sie sich in der Dehnungsrichtung (der senkrechten Richtung) aus. Durch die Ausdehnung der dielektrischen Schicht 50 nimmt die Dehnungskraft in der senkrechten Richtung ab. Die bei Anlegung einer Spannung abnehmende Dehnungskraft wurde durch die Kraftmessdose gemessen und als erzeugte Kraft angesetzt. Die Messung der erzeugten Kraft wurde unter Einrichtung der elektrischen Feldstärke auf 30 V/µm vorgenommen. Als Nächstes werden die Messvorrichtung und das Verfahren zur Messung des Verschiebungsausmaßes erklärt. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Aktuator. 5 zeigt eine Schnittansicht entlang von V-V in 4. Wie in 4 und 5 gezeigt, besteht der Aktuator 6 aus einer dielektrischen Schicht 60 und einem Paar von Elektroden 61a, 61b. Die dielektrische Schicht 60 zeigt eine runde Dünnfilmform mit einem Durchmesser von 70 mm. Die dielektrische Schicht 60 ist in einem längs und quer zweiachsig um 25 % gedehnten Zustand angeordnet. Das Paar von Elektroden 61a, 61b ist so angeordnet, dass es einander mit der dielektrischen Schicht 60 dazwischen in der Dickenrichtung gegenüberliegt. Die Elektroden 61a, 61b zeigen eine runde Dünnfilmform mit einem Durchmesser von etwa 27 mm und sind jeweils ungefähr konzentrisch mit der dielektrischen Schicht 60 angeordnet. An dem äußeren Umfangsrand der Elektrode 61a ist ein in der radialen Richtung vorspringender Klemmenabschnitt 610a gebildet. Der Klemmenabschnitt 610a zeigt eine rechteckige Plattenform. Ebenso ist an dem äußeren Umfangsrand der Elektrode 61b ein in der radialen Richtung vorspringender Klemmenabschnitt 610b gebildet. Der Klemmenabschnitt 610b zeigt eine rechteckige Plattenform. Der Klemmenabschnitt 610b ist in Bezug auf den Klemmenabschnitt 610a an einer um 180 ° gegenüberliegenden Position angeordnet. Die Klemmenabschnitte 610a, 610b sind jeweils über einen Leitungsdraht an eine Stromquelle 62 angeschlossen.Next, the measuring apparatus and method for measuring the generated force will be explained. The measurement of the generated force was made using the same device as in the measurement of the dielectric breakdown strength (see 2 and 3 ). If between the electrodes 51a . 51b a voltage is applied arises between the electrodes 51a . 51b an electrostatic attraction and attracts the dielectric layer 50 together. This will increase the thickness of the dielectric layer 50 thinner and expands in the stretching direction (the vertical direction). By the extension of the dielectric layer 50 decreases the stretching force in the vertical direction. The strain force decreasing upon application of a stress was measured by the load cell and applied as generated force. The measurement of the generated force was made by setting the electric field strength to 30 V / μm. Next, the measuring apparatus and method for measuring the amount of displacement will be explained. 4 shows a plan view of an actuator. 5 shows a sectional view along VV in 4 , As in 4 and 5 shown, consists of the actuator 6 from a dielectric layer 60 and a pair of electrodes 61a . 61b , The dielectric layer 60 shows a round thin-film mold with a diameter of 70 mm. The dielectric layer 60 is arranged in a longitudinal and transverse biaxial stretched by 25% state. The pair of electrodes 61a . 61b is arranged so that it is one another with the dielectric layer 60 therebetween in the thickness direction. The electrodes 61a . 61b show a round thin-film shape with a diameter of about 27 mm and are each approximately concentric with the dielectric layer 60 arranged. At the outer peripheral edge of the electrode 61a is a clamping portion projecting in the radial direction 610a educated. The terminal section 610a shows a rectangular plate shape. Likewise, on the outer peripheral edge of the electrode 61b a clamping portion projecting in the radial direction 610b educated. The terminal section 610b shows a rectangular plate shape. The terminal section 610b is with respect to the terminal section 610a arranged at a position opposite by 180 °. The terminal sections 610a . 610b are each via a lead wire to a power source 62 connected.

Wenn zwischen den Elektroden 61a, 61b eine Spannung angelegt wird, entsteht zwischen den Elektroden 61a, 61b eine elektrostatische Anziehung und zieht sich die dielektrische Schicht 60 zusammen. Dadurch wird die Dicke der dielektrischen Schicht 60 dünner und dehnt sie sich in der radialen Richtung aus. Dabei dehnen sich auch die Elektroden 61a, 61b einstückig mit der dielektrischen Schicht 60 in der radialen Richtung aus. An der Elektrode 61a wurde vorab eine Markierung 630 angebracht. Die Verschiebung der Markierung 630 wurde durch einen Verschiebungsmesser 63 gemessen und als Verschiebungsausmaß des Aktuators 6 angesetzt. Die Messung des Verschiebungsausmaßes wurde unter Einrichtung der elektrischen Feldstärke auf 30 V/µm vorgenommen. Dann wurde aus dem gemessenen Verschiebungsausmaß durch die folgende Formel (ii) eine Verschiebungsrate berechnet. Verschiebungsrate  ( % ) = ( Verschiebungsausmaß/Radius der Elektrode ) × 100

Figure DE112017004872T5_0033
If between the electrodes 61a . 61b a voltage is applied arises between the electrodes 61a . 61b an electrostatic attraction and attracts the dielectric layer 60 together. This will increase the thickness of the dielectric layer 60 thinner and expands in the radial direction. The electrodes also stretch 61a . 61b integral with the dielectric layer 60 in the radial direction. At the electrode 61a was a mark in advance 630 appropriate. The shift of the mark 630 was through a displacement meter 63 measured and as a shift amount of the actuator 6 stated. The measurement of the shift amount was made by setting the electric field intensity at 30 V / μm. Then, from the measured shift amount by the following formula (ii), a shift rate was calculated. displacement rate ( % ) = ( Displacement amount / radius of the electrode ) × 100
Figure DE112017004872T5_0033

Die Messergebnisse für die erzeugte Kraft, die Verschiebungsrate und die dielektrische Durchschlagfestigkeit der einzelnen Aktuatoren sind in Tabelle 3 und Tabelle 4 gezeigt.

Figure DE112017004872T5_0034
Figure DE112017004872T5_0035
The measurement results of the generated force, the displacement rate and the dielectric strength of the individual actuators are shown in Table 3 and Table 4.
Figure DE112017004872T5_0034
Figure DE112017004872T5_0035

Wie oben beschrieben wurde, unterscheidet sich bei den Copolymeren 1, 2 und dem Copolymer 19 die Art des Monomers B, und ist die relative Dielektrizitätskonstante bei den Copolymeren 1, 2 größer. Als Folge wurden wie in Tabelle 3 und Tabelle 4 gezeigt bei den Aktuatoren von Ausführungsform 1 und 2, die aus den Copolymeren 1 und 2 hergestellte dielektrische Schichten umfassen, die erzeugte Kraft und die Verschiebungsrate größer als bei dem Aktuator der Vergleichsform 1, der eine aus dem Copolymer 19 hergestellte dielektrische Schicht umfasst. Außerdem wurde bei den Aktuatoren der Ausführungsformen 1, 2, 11 und 14 die erzeugte Kraft und die Verschiebungsrate verglichen mit den Vergleichsformen 4 und 5, die eine aus Acrylkautschuk oder Silikonkautschuk hergestellte dielektrische Schicht umfassen, größer. As described above, the copolymers are different 1 . 2 and the copolymer 19 the type of monomer B, and is the relative dielectric constant in the copolymers 1 . 2 greater. As a result, as shown in Table 3 and Table 4, in the actuators of Embodiment 1 and 2 made from the copolymers 1 and 2 prepared dielectric layers include, the generated force and the displacement rate larger than in the actuator of the comparative form 1 , one from the copolymer 19 prepared dielectric layer comprises. In addition, in the actuators of the embodiments 1 . 2 . 11 and 14 the force generated and the displacement rate compared to the comparison forms 4 and 5 larger, comprising a dielectric layer made of acrylic rubber or silicone rubber.

Aktuatoreigenschaften 2Actuator properties 2

Unter Verwendung der Copolymere 1 und 11 wurden dielektrische Schichten hergestellt, und diese dielektrischen Schichten umfassende Aktuatoren vom elektrostriktiven Typ hergestellt. Der Aufbau der hergestellten Aktuatoren war mit Ausnahme des Umstands, dass eine Ionen-Fixierungsschicht auf die Vorder- und die Rückfläche in der Dickenrichtung der dielektrischen Schicht geschichtet wurde, jenem bei den „Aktuatoreigenschaften 1“ gleich. Das heißt, bei den hergestellten Aktuatoren sind die Elektroden an der Vorder- und der Rückfläche eines Schichtkörpers aus einer Kationen-Fixierungsschicht, einer dielektrischen Schicht und einer Anionen-Fixierungsschicht angeordnet. Die Verfahren zur Herstellung der dielektrischen Schicht und der Elektroden waren jenen bei den „Aktuatoreigenschaften 1“ gleich. Nachstehend werden die Anionen-Fixierungsschicht und die Kationen-Fixierungsschicht (Ionen-Fixierungsschichten) erklärt.Using the copolymers 1 and 11 For example, dielectric layers were fabricated, and electrostrictive type actuators comprising these dielectric layers were fabricated. The structure of the manufactured actuators was the same as that of the "actuator characteristics 1" except for the fact that an ion-fixing layer was layered on the front and rear surfaces in the thickness direction of the dielectric layer. That is, in the manufactured actuators, the electrodes are disposed on the front and back surfaces of a laminated body of a cation fixing layer, a dielectric layer, and an anion fixing layer. The methods for producing the dielectric layer and the electrodes were the same as those of the "actuator characteristics 1". Hereinafter, the anion fixing layer and the cation fixing layer (ion fixing layers) will be explained.

Die Anionen-FixierungsschichtThe anion fixation layer

Zunächst wurde eine reaktive Ionenflüssigkeit hergestellt. In 5,0 g einer Lösung 1-Butyl-3-Methylimidazoliumhydrogencarbonat (Lösemittel: Mischlösung von Methanol/Wasser = 3 : 2; Konzentration 50 Masse-%; 0,0125 Mol) wurde auf einem Eisbad ein Acrylsäuremonomer in der gleichen Molmenge (0,0125 Mol) eingetropft. Dabei wurde überprüft, dass Luftblasen entweichen. Nach 30 Minuten erfolgte eine Rückkehr zur Raumtemperatur und wurde 6 Stunden lang gerührt. Nach einer Beseitigung des Lösemittels bei einem verringerten Druck wurde Methanol (extrem entwässert) (von der Wako Pure Chemicals Co., Ltd.) beigegeben und das Lösemittel erneut bei einem verringerten Druck beseitigt. Auf diese Weise wurde ein Ionenflüssigkeitsmonomer erhalten. 2,10 g (10,0 mMol) des erhaltenen Ionenflüssigkeitsmonomers und 1,87 ml (10,1 mMol) 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan wurden in 20 ml Methanol (extrem entwässert) gelöst. In Bezug auf das 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan wurden 10 Mol-% Diisopropylamin als Katalysator beigegeben, bei Raumtemperatur 20 Stunden lang gerührt, und das Lösemittel bei einem verringerten Druck beseitigt, wodurch die mit der nachstehenden Formel (20) gezeigte reaktive Ionenflüssigkeit erhalten wurde.

Figure DE112017004872T5_0036
First, a reactive ionic liquid was prepared. In 5.0 g of a solution of 1-butyl-3-methylimidazolium hydrogencarbonate (solvent: mixed solution of methanol / water = 3: 2, concentration 50 Dimensions-%; 0.0125 mol), an acrylic acid monomer in the same molar amount (on an ice bath) ( 0 , 0125 mol) is added dropwise. It was checked that air bubbles escape. To 30 For a few minutes, it returned to room temperature and was stirred for 6 hours. After removing the solvent at a reduced pressure, methanol (extremely dehydrated) (from Wako Pure Chemicals Co., Ltd.) was added and the solvent was again removed at a reduced pressure. In this way, an ionic liquid monomer was obtained. 2.10 g (10.0 mmol) of the obtained ionic liquid monomer and 1.87 ml (10.1 mmol) of 3-mercaptopropyltrimethoxysilane were dissolved in 20 ml of methanol (extremely dehydrated). With respect to the 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 10 mol% of diisopropylamine was added as a catalyst at room temperature 20 Stirred for hours, and the solvent was eliminated at a reduced pressure, whereby the reactive ionic liquid shown by the following formula (20) was obtained.
Figure DE112017004872T5_0036

Als Nächstes wurde die Anionen-Fixierungsschicht hergestellt. Die hergestellte reaktive Ionenflüssigkeit wurde in einer Mischflüssigkeit, für die Titantetraisopropoxid und Acetylaceton in einem Molverhältnis von 1 : 1 gemischt wurden, gelöst. Dieser Mischflüssigkeit wurde Isopropylalkohol (IPA) beigegeben und ferner Wasser in der vierfachen Menge der Molanzahl des Titantetraisopropoxids eingetropft und eine Hydrolysereaktion vorgenommen. Auf diese Weise wurde ein Sol erhalten, das TiO2-Teilchen, an denen die Anionenkomponente der reaktiven Ionenflüssigkeit fixiert worden war, und die Kationenkomponente der reaktiven Ionenflüssigkeit enthielt. Das erhaltene Sol wurde mit einer 12 masse-%igen Lösung von carboxylgruppenmodifiziertem Nitrilkautschuk, (HX-NBR, „Therban (eingetragenes Warenzeichen) XT8889“, von der Lanxess KK) gemischt (Lösemittel: Acetylaceton). Das Sol wurde so gemischt, dass es in Bezug auf 100 Masseteile HX-NBR in TiO2 umgerechnet 2,4 Masseteile enthielt. Der Mischflüssigkeit, in die das Sol gemischt war, wurden 5 Masseteile einer Acetylacetonlösung von Tetrakis(2-ethylhexyloxy)titan (Konzentration: 20 Masse-%) als Vernetzungsmittel beigegeben, wodurch eine Elastomerzusammensetzung in einem flüssigen Zustand erhalten wurde. Die Elastomerzusammensetzung wurde auf ein Substrat aufgetragen und nach dem Trocknen bei 150 °C eine Stunde lang erhitzt, wodurch die Anionen-Fixierungsschicht erhalten wurde. Die Dicke der Anionen-Fixierungsschicht betrug 10 µm.Next, the anion fixation layer was prepared. The prepared reactive ionic liquid was dissolved in a mixed liquid for which titanium tetraisopropoxide and acetylacetone were mixed in a molar ratio of 1: 1. To this mixed liquid was added isopropyl alcohol (IPA) and further added dropwise water in four times the number of moles of the titanium tetraisopropoxide, and a hydrolysis reaction was carried out. Thus, a sol containing TiO 2 particles to which the anionic component of the reactive ionic liquid was fixed and the cationic component of the reactive ionic liquid were obtained. The resulting sol was mixed with a 12% by mass solution of carboxyl group-modified nitrile rubber, (HX-NBR, "Therban (registered trademark) XT8889", from Lanxess KK) (solvent: acetylacetone). The sol was mixed so as to contain 2.4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of HX-NBR in TiO 2 . To the mixed liquid in which the sol was mixed, 5 parts by mass of an acetylacetone solution of tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium (concentration: 20% by mass) as a crosslinking agent was added to obtain an elastomer composition in a liquid state. The elastomer composition was coated on a substrate and heated after drying at 150 ° C for one hour to obtain the anion-fixing layer. The thickness of the anion-fixing layer was 10 μm.

Die Kationen-FixierungsschichtThe cation fixation layer

Zunächst wurde eine reaktive Ionenflüssigkeit hergestellt. In 16,2 g einer Lösung von 1-Methyl-3-vinylimidazoliummethylcarbonatsalz (Lösemittel: Mischlösung von Methanol/Wasser = 3 : 2; Konzentration 25 Masse-%; 0,022 Mol) wurden 3,80 Benzensulfonsäure-Monohydrat in der gleichen Molmenge (0,022 Mol) eingetropft. Nach einem einstündigen Rühren bei Raumtemperatur wurde das Lösemittel bei einem verringerten Druck beseitigt und 2 Stunden lang ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen. Auf diese Weise wurde ein Ionenflüssigkeitsmonomer erhalten. 3,00 g (11,3 mMol) des erhaltenen Ionenflüssigkeitsmonomers und 2,43 g (12,4 mMol) 3-Mercaptotrimethoxysilan wurden in 40 ml Methanol (extrem entwässert) gelöst. In Bezug auf das 3-Mercyptotrimethoxysilan wurden 15 Mol-% Azobisisobutyronitril als Radikalerzeuger beigegeben und nach einem 30 Minuten langen Hindurchperlen von Argon wurde bei einer Temperatur von 75 °C unter Argon ein sieben Stunden langer Rückfluss vorgenommen. Nach einer Beseitigung des Lösemittels bei einem verringerten Druck und einer Reinigung mit Diethylether wurde ein Trocknen bei einem verringerten Druck vorgenommen, wodurch die mit der folgenden Formel (21) gezeigte reaktive Ionenflüssigkeit erhalten wurde.

Figure DE112017004872T5_0037
First, a reactive ionic liquid was prepared. In 16.2 g of a solution of 1-methyl-3-vinylimidazoliummethyl carbonate salt (solvent: mixed solution of methanol / water = 3: 2, concentration 25% by mass, 0.022 mol) 3.80 benzenesulfonic acid monohydrate in the same molar amount (0.022 Mol) dripped. After stirring at room temperature for 1 hour, the solvent was removed at a reduced pressure and dried at a reduced pressure for 2 hours. In this way, an ionic liquid monomer was obtained. 3.00 g (11.3 mmol) of the obtained ionic liquid monomer and 2.43 g (12.4 mmol) of 3-mercaptotrimethoxysilane were dissolved in 40 ml of methanol (extremely dehydrated). With respect to the 3-mercyptotrimethoxysilane, 15 mol% of azobisisobutyronitrile was added as a radical generator, and after bubbling argon for 30 minutes, a reflux of seven hours was carried out at a temperature of 75 ° C under argon. After removing the solvent at a reduced pressure and purifying with diethyl ether, drying was carried out at a reduced pressure to obtain the reactive ionic liquid shown by the following formula (21).
Figure DE112017004872T5_0037

Anschließend wurde die Kationen-Fixierungsschicht hergestellt. Die hergestellte reaktive Ionenflüssigkeit wurde in einer Mischlösung, für die Titantetraisopropoxid und Acetylaceton in einem Molverhältnis von 1 : 1 gemischt wurden, gelöst. Dieser Mischflüssigkeit wurde IPA beigegeben und ferner Wasser in der vierfachen Menge der Molanzahl des Titantetraisopropoxids eingetropft und eine Hydrolysereaktion vorgenommen. Auf diese Weise wurde ein Sol erhalten, das TiO2-Teilchen, an denen die Kationenkomponente der reaktiven Ionenflüssigkeit fixiert worden war, und die Anionenkomponente der reaktiven Ionenflüssigkeit enthielt. Das erhaltene Sol wurde mit einer 12 masse-%igen Lösung von HX-NBR (wie oben) gemischt (Lösemittel: Acetylaceton). Das Sol wurde so gemischt, dass es in Bezug auf 100 Masseteile HX-NBR in TiO2 umgerechnet 2,4 Masseteile enthielt. Der Mischflüssigkeit, in die das Sol gemischt war, wurden 5 Masseteile einer Acetylacetonlösung von Tetrakis(2-ethylhexyloxy)titan (Konzentration: 20 Masse-%) als Vernetzungsmittel beigegeben, wodurch eine Elastomerzusammensetzung in einem flüssigen Zustand erhalten wurde. Die Elastomerzusammensetzung wurde auf ein Substrat aufgetragen und nach dem Trocknen bei 150 °C eine Stunde lang erhitzt, wodurch die Kationen-Fixierungsschicht erhalten wurde. Die Dicke der Kationen-Fixierungsschicht betrug 10 µm.Subsequently, the cation fixing layer was prepared. The produced reactive ionic liquid was dissolved in a mixed solution for which titanium tetraisopropoxide and acetylacetone were mixed in a molar ratio of 1: 1. This mixed liquid was added with IPA and further added dropwise water in four times the number of moles of the titanium tetraisopropoxide, and a hydrolysis reaction was carried out. Thus, a sol containing TiO 2 particles to which the cationic component of the reactive ionic liquid was fixed and the anionic component of the reactive ionic liquid was obtained. The resulting sol was mixed with a 12% by mass solution of HX-NBR (as above) (solvent: acetylacetone). The sol was mixed so as to contain 2.4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of HX-NBR in TiO 2 . To the mixed liquid in which the sol was mixed, 5 parts by mass of an acetylacetone solution of tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium (concentration: 20% by mass) as a crosslinking agent was added to obtain an elastomer composition in a liquid state. The elastomer composition was coated on a substrate and heated after drying at 150 ° C for one hour to obtain the cation fixing layer. The thickness of the cation fixing layer was 10 μm.

Die Kationen-Fixierungsschicht wurde an die Vorderfläche einer dielektrischen Schicht und die Anionen-Fixierungsschicht an ihre Rückfläche geklebt, und durch jeweiliges Ablösen des Substrats ein Schichtkörper mit einem dreischichtigen Aufbau hergestellt. Durch Kleben von Elektroden an die Vorder- und die Rückfläche des hergestellten Schichtkörpers wurde ein Aktuator hergestellt. Die Aktuatoren der Ausführungsformen 1 und 11, die die aus den Copolymeren 1 und 11 hergestellten dielektrischen Schichten umfassen, sind in dem Wandler der vorliegenden Erfindung enthalten. Für die jeweiligen Aktuatoren wurden die dielektrische Durchschlagfestigkeit, die erzeugte Kraft und das Verschiebungsausmaß auf die gleiche Weise wie bei „Aktuatoreigenschaften 1“ gemessen.The cation fixing layer was bonded to the front surface of a dielectric layer and the anion fixing layer to its back surface, and by peeling the substrate respectively, a laminate having a three-layered structure was prepared. By bonding electrodes to the front and back surfaces of the produced composite, an actuator was produced. The actuators of the embodiments 1 and 11 made from the copolymers 1 and 11 prepared dielectric layers are included in the transducer of the present invention. For the respective actuators were the dielectric Dielectric strength, the force generated and the amount of displacement measured in the same manner as in "actuator properties 1".

In der obigen Tabelle 3 sind die erzeugte Kraft, die Verschiebungsrate und die dielektrische Durchschlagfestigkeit der einzelnen Aktuatoren angegeben. Wie in Tabelle 3 gezeigt, werden die erzeugte Kraft, die Verschiebungsrate und die dielektrische Durchschlagfestigkeit durch Schichten von Ionen-Fixierungsschichten auf die aus den Copolymeren 1 und 11 hergestellten dielektrischen Schichten stark vergrößert.In the above Table 3, the generated force, the displacement rate and the dielectric breakdown strength of the individual actuators are indicated. As shown in Table 3, the generated force, the shift rate and the dielectric breakdown strength are made by coating ion-fixing layers on those of the copolymers 1 and 11 produced dielectric layers greatly increased.

Die SensoreigenschaftenThe sensor properties

Unter Verwendung der Copolymere 1 bis 21 wurden dielektrische Schichten hergestellt und Sensoren vom kapazitiven Typ, die diese dielektrischen Schichten umfassen, hergestellt. Zunächst wurde das Copolymer in Acetylaceton gelöst und eine Polymerlösung mit einer Feststoffanteilkonzentration von 20 Masse-% hergestellt. Anschließend wurden 5 Masseteile einer Acetonlösung von Tetrakis(2-ethylhexyloxy)titan (Konzentration: 20 Masse-%) als Vernetzungsmittel in Bezug auf 100 Masseteile der Polymerlösung beigegeben, wodurch eine Mischlösung hergestellt wurde. Die hergestellte Mischlösung wurde auf ein Substrat aufgetragen und getrocknet und danach bei 150 °C 60 Minuten lang erhitzt, wodurch eine dünnfilmförmige dielektrische Schicht mit einer Dicke von 10 µm hergestellt wurde. Davon gesondert wurden 100 Masseteilen einer Acrylkautschukpolymerlösung 10 Masseteile Ruß beigegeben, wodurch ein leitendes Auftragematerial hergestellt wurde. Das hergestellte leitende Auftragematerial wurde auf Substrate aufgetragen und getrocknet und danach bei 150 °C 60 Minuten lang erhitzt, wodurch dünnfilmförmige dielektrische Elektroden mit einer Dicke von 5 µm hergestellt wurden. Der Volumenwiderstand der Elektroden betrug 5 Ω·cm. Die hergestellten Elektroden wurden an die Vorder- und die Rückfläche in der Dickenrichtung der dielektrischen Schicht geklebt, wodurch ein Paar von Elektroden gebildet wurde. Auf diese Weise wurden fünfzehn Arten von Sensoren hergestellt. Die Copolymere 1 bis 18 sind in dem Copolymer, das das dielektrische Elastomermaterial der vorliegenden Erfindung bildet, enthalten. Die Sensoren der Ausführungsformen 1 bis 18, die aus den Copolymeren 1 bis 18 hergestellte dielektrische Schichten umfassen, sind in dem Wandler der vorliegenden Erfindung enthalten. Außerdem wurden aus dem oben genannten handelsüblichen Acrylkautschuk, Silikonkautschuk, und carboxylgruppenhaltigen NBR ebenfalls dielektrische Schichten hergestellt und auf die gleiche Weise wie oben hergestellte Elektroden an die Vorder- und die Rückfläche in der Dickenrichtung der dielektrischen Schichten geklebt, wodurch Sensoren hergestellt wurden.Using the copolymers 1 to 21 For example, dielectric layers were fabricated and capacitive type sensors comprising these dielectric layers were fabricated. First, the copolymer was dissolved in acetylacetone, and a polymer solution having a solid content concentration of 20% by mass was prepared. Subsequently, 5 parts by mass of an acetone solution of tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium (concentration: 20% by mass) as a crosslinking agent was added relative to 100 parts by mass of the polymer solution, thereby preparing a mixed solution. The prepared mixed solution was coated on a substrate and dried, followed by heating at 150 ° C for 60 minutes to prepare a thin-film dielectric layer having a thickness of 10 μm. Separated therefrom were 100 parts by weight of an acrylic rubber polymer solution 10 Carbon black, thereby producing a conductive coating material. The prepared conductive coating material was coated on substrates and dried, followed by heating at 150 ° C for 60 minutes to prepare thin-film dielectric electrodes having a thickness of 5 μm. The volume resistivity of the electrodes was 5 Ω · cm. The fabricated electrodes were bonded to the front and back surfaces in the thickness direction of the dielectric layer, thereby forming a pair of electrodes. In this way, fifteen kinds of sensors were manufactured. The copolymers 1 to 18 are contained in the copolymer constituting the dielectric elastomer material of the present invention. The sensors of the embodiments 1 to 18 made from the copolymers 1 to 18 prepared dielectric layers are included in the transducer of the present invention. In addition, dielectric layers were also prepared from the above-mentioned commercial acrylic rubber, silicone rubber, and carboxyl group-containing NBR and adhered to the front and back surfaces in the thickness direction of the dielectric layers in the same manner as above, thereby producing sensors.

Für die hergestellten Sensoren wurde zunächst die anfängliche Kapazität (bei Nichtdehnung) gemessen. Anschließend wurde der Sensor in eine Richtung der Flächenrichtung gedehnt und die Kapazität bei einer Dehnung von 100 % gemessen. Dann wurde die anfängliche Kapazität von der Kapazität bei der Dehnung abgezogen und das Veränderungsausmaß der Kapazität berechnet. Die Kapazität wurde unter Verwendung eines LCR-Meters („E4980AL“ von Keysight Technologies) gemessen.For the sensors produced, the initial capacity (when not expanded) was measured first. Then, the sensor was stretched in one direction of the surface direction, and the capacity was measured at an elongation of 100%. Then, the initial capacity was subtracted from the capacity in the expansion and the amount of change of the capacity was calculated. Capacity was measured using an LCR meter ("E4980AL" from Keysight Technologies).

In Tabelle 3 und Tabelle 4 sind die Messergebnisse für die anfängliche Kapazität und jene bei der Dehnung und das Veränderungsausmaß der Kapazität angeführt. Wie in Tabelle 3 und Tabelle 4 gezeigt, wurden bei einem Vergleich der Sensoren mit den gleichen Basispolymeren wie bei den Ausführungsformen 1 bis 13 und den Vergleichsformen 1 bis 4, den Ausführungsformen 14 bis 17 und der Vergleichsform 5, und der Ausführungsform 18 und der Vergleichsform 6 die Kapazitäten und das Veränderungsausmaß der Kapazität bei den Sensoren der Ausführungsformen größer als bei den Sensoren der Vergleichsformen. Bei dem Sensor der Ausführungsform 12 wurde das Veränderungsausmaß der Kapazität zwar geringfügig geringer als bei dem Sensor der Vergleichsform 1, doch wurde es verglichen mit den Sensoren der Vergleichsformen 2 bis 4 größer. Je größer das Veränderungsausmaß der Kapazität ist, desto höher wird die Empfindlichkeit, und desto kleinere Verschiebungen können detektiert werden.In Table 3 and Table 4, the measurement results of the initial capacity and that of the strain and the amount of change of the capacity are shown. As shown in Table 3 and Table 4, when comparing the sensors with the same base polymers as in the embodiments 1 to 13 and the comparative forms 1 to 4 , the embodiments 14 to 17 and the comparative form 5 , and the embodiment 18 and the comparative form 6 the capacitances and the amount of change in capacitance are greater in the sensors of the embodiments than in the sensors of the comparative forms. In the sensor of the embodiment 12 Although the amount of change of the capacity was slightly lower than that of the sensor of the comparative form 1 , but it was compared with the sensors of the comparison forms 2 to 4 greater. The larger the amount of change of the capacitance, the higher the sensitivity becomes, and the smaller shifts can be detected.

Gewerbliches AnwendungsgebietCommercial application

Der Wandler der vorliegenden Erfindung kann breit als Wandler, Sensor oder stromerzeugendes Element, oder dergleichen, der oder das mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, oder als Lautsprecher, Mikrophon, Rauschunterdrücker, oder dergleichen, der oder das Schallenergie in elektrische Energie umwandelt, verwendet werden. Vor allem ist er als weicher Aktuator, der für künstliche Muskeln, die bei industriellen, medizinischen oder Pflegerobotern oder Assist Suits, oder dergleichen verwendet werden, für kleinformatige Pumpen zur Kühlung von elektronischen Komponenten oder für medizinische Zwecke, oder dergleichen, durch Schwingungen tastempfindliche (haptische) Elemente, sowie medizinische Geräte, oder dergleichen verwendet wird, ideal. Außerdem ist er als tragbarer Sensor für biologische Informationen oder als Drucksensor, der in künstlicher Haut von Robotern, Matratzen für medizinische oder Pflegezwecke, Sitzen von Rollstühlen, oder dergleichen angeordnet wird, ideal.The transducer of the present invention can be widely used as a transducer, sensor or power generating element, or the like, that converts mechanical energy into electrical energy, or as a speaker, microphone, noise suppressor, or the like that converts sound energy into electrical energy , Above all, as a soft actuator used for artificial muscles used in industrial, medical or care robots or the like, for small-sized pumps for cooling electronic components or medical purposes, or the like, it is sensitive to vibration (haptic) ) Items, as well as medical equipment, or the like is used ideally. In addition, it is ideal as a portable sensor for biological information or as a pressure sensor placed in artificial skin of robots, mattresses for medical or nursing purposes, seats of wheelchairs, or the like.

Claims (12)

Dielektrisches Elastomermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Copolymer mit einem Aufbau, wofür wenigstens eines aus einem Monomer A und einem Monomer C, das eine vernetzbare funktionelle Gruppe aufweist, und ein Monomer B, das eine polare Gruppe aufweist, statistisch oder alternierend copolymerisiert wurden, umfasst, wobei in dem Copolymer die polare Gruppe in den aus dem Monomer B bestehenden Aufbaueinheiten über wenigstens drei geradkettig verbundene Atome mit der Polymerhauptkette gekoppelt ist.A dielectric elastomeric material characterized by randomly or alternately copolymerizing a copolymer having a structure of which at least one of a monomer A and a monomer C having a crosslinkable functional group and a monomer B having a polar group is copolymerized, wherein, in the copolymer, the polar group in the constituent units consisting of the monomer B is coupled to the polymer main chain via at least three straight-chain connected atoms. Dielektrisches Elastomermaterial nach Anspruch 1, wobei die enthaltene Menge an polaren Gruppen bei Ansetzen des gesamten Copolymers als 100 Masse-% wenigstens 10 Masse-% und höchstens 25 Masse-% beträgt.Dielectric elastomer material after Claim 1 wherein the amount of polar groups contained when the total copolymer is used as 100% by mass is at least 10% by mass and at most 25% by mass. Dielektrisches Elastomermaterial nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die enthaltene Menge des Monomers B bei Ansetzen des gesamten Copolymers als 100 Mol-% wenigstens 50 Mol-% und höchstens 98 Mol-% beträgt.Dielectric elastomer material after Claim 1 or Claim 2 wherein the amount of the monomer B contained when the total copolymer is used as 100 mol% is at least 50 mol% and at most 98 mol%. Dielektrisches Elastomermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei den Atomen, die zwischen der polaren Gruppe und der Polymerhauptkette vorhanden sind, um wenigstens eine aus Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel gewählte Art handelt.Dielectric elastomer material according to one of Claims 1 to 3 wherein the atoms present between the polar group and the polymer backbone are at least one of carbon, oxygen, nitrogen and sulfur. Dielektrisches Elastomermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es sich bei der polaren Gruppe um wenigstens eine aus einer Cyanogruppe, einer Ethergruppe, einer Estergruppe, einer Fluorgruppe, einer Trifluormethylgruppe und einer Carbonatgruppe gewählte Art handelt.Dielectric elastomer material according to one of Claims 1 to 4 wherein the polar group is at least one kind selected from a cyano group, an ether group, an ester group, a fluoro group, a trifluoromethyl group and a carbonate group. Dielektrisches Elastomermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht des Copolymers wenigstens 10.000 und höchstens 5.000.000 beträgt.Dielectric elastomer material according to one of Claims 1 to 5 wherein the weight average molecular weight of the copolymer is at least 10,000 and at most 5,000,000. Dielektrisches Elastomermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Glasübergangspunkt des Copolymers höchstens 0 °C beträgt.Dielectric elastomer material according to one of Claims 1 to 6 wherein the glass transition point of the copolymer is at most 0 ° C. Dielektrisches Elastomermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei es sich bei der funktionellen Gruppe des Monomers C um wenigstens eine aus einer Hydroxygruppe, einer Aminogruppe, einer Thiolgruppe, einer Carboxylgruppe, einer Silanolgruppe, einer Epoxidgruppe und einer Vinylgruppe gewählte Art handelt.Dielectric elastomer material according to one of Claims 1 to 7 wherein the functional group of the monomer C is at least one kind selected from a hydroxy group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, a silanol group, an epoxy group and a vinyl group. Dielektrisches Elastomermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei es sich bei dem Monomer A um wenigstens eine aus (Meth)acrylatmonomeren, Silikonmonomeren und Urethanmonomeren gewählte Art handelt.Dielectric elastomer material according to one of Claims 1 to 8th wherein the monomer A is at least one kind selected from (meth) acrylate monomers, silicone monomers and urethane monomers. Dielektrisches Elastomermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend ein isolierendes Füllmaterial.Dielectric elastomer material according to one of Claims 1 to 9 , further comprising an insulating filler. Dielektrisches Elastomermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Copolymer einen vernetzten Aufbau aufweist.Dielectric elastomer material according to one of Claims 1 to 10 wherein the copolymer has a crosslinked structure. Wandler, dadurch gekennzeichnet, dass er eine aus dem dielektrischen Elastomermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11 gebildete dielektrische Schicht und eine Mehrzahl von angeordneten Elektroden, mit der dielektrischen Schicht eingeschoben zwischen den Elektroden, umfasst.Transducer, characterized in that it comprises one of the dielectric elastomeric material according to any one of Claims 1 to 11 formed dielectric layer and a plurality of arranged electrodes, with the dielectric layer inserted between the electrodes comprises.
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